[发明专利]一种二氧化硫电化学还原制备硫化氢的方法

说明书

本发明公开了一种二氧化硫电化学还原制备硫化氢的方法，该方法是将二氧化硫吸收液通过膜电极电化学还原生成硫化氢气体；该方法能够实现二氧化硫吸收液高效、高选择性转化为硫化氢，从而可以避免在阴极产生胶体硫粘附在阴极表面而毒害阴极，且该方法无需额外添加还原剂、不产生废盐、在常温常压条件下即可进行，操作简单，便于大规模应用。

技术领域

本发明涉及一种二氧化硫烟气资源化处理方法，特别涉及一种将有色冶炼SO₂烟气通过电化学还原高选择性转化为更具经济价值的硫化氢的方法，属于工业烟气资源化治理领域。

背景技术

随着环保需求日益严苛，有色冶金等流程工业产生的大量SO₂急需资源化处理。目前SO₂资源化方式主要制硫酸为主，尽管硫酸属于大宗工业产品，但它也是危险品，储存运输不便，当硫酸销售不出时便成为企业面临的重大难题。硫化氢是一种用途广泛的化工产品。将SO₂还原制备成H₂S，不仅可直接用于冶炼企业的重金属废水治理，而且还可以通过克劳斯装置与SO₂反应生成高品质硫磺，解决硫酸过剩的难题。

目前，硫化氢的生产方法主要有梯级还原法、硫化物加酸法等。如中国专利(申请号CN202010214975.X)介绍了一种二氧化硫梯级还原制备硫化氢的方法，该方法先将二氧化硫催化还原为硫蒸气，再与天然气混合二次还原为二硫化碳、硫化氢、二氧化碳的混合气，再催化水解为硫化氢气体。该方法需要200～500℃的高温，且反应产物种类多，难以纯化。中国专利(申请号CN201910526382.4)介绍了一种以CaS和稀H₂SO₄为原料，通过pH调节、配碳、固液分离、焙烧和稀H₂SO₄配制等工序制备H₂S气体的方法，该方法整体工序较长，且产生大量废盐，且需要消耗大量的工业化学原料，成本较高，不利于大规模生产。中国专利(CN111593363A)公开了一种铅电极电催化还原二氧化硫的方法，该方法可以产生少量硫化氢，但主体产物为硫磺，其并未能实现硫化氢的高效转化，同时还存在硫磺产物致使电极失活的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种利用膜电极直接电化学还原二氧化硫获得硫化氢气体的方法，该方法对硫化氢的还原具有高效、高选择性，从而可以避免在阴极产生胶体硫而毒害阴极，且该方法可在常温常压条件下进行，条件温和，能耗低，操作简单，工艺绿色环保，有利于大规模推广应用，为二氧化烟气中硫资源回收提供了一种新的途径。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种二氧化硫电化学还原制备硫化氢的方法，该方法是将二氧化硫吸收液通过膜电极电化学还原生成硫化氢气体；所述膜电极为具有催化功能的多孔膜。

本发明的技术方案能够将二氧化硫吸收液高选择性还原成硫化氢气体，而避免单质硫在阴极生成，可以解决单质硫粘附在阴极表面，毒害阴极的技术问题。本发明方法关键是在于采用了膜电极，膜电极具有多孔结构，在二氧化硫吸收液的电化学还原过程中产生硫化氢中间态能够被膜电极快速、高选择性分离，从而促使整个电化学还原反应的化学反应平衡向有利于生成硫化氢的方向移动，从而提高硫化氢的法拉第效率，整个电化学还原过程中几乎没有单质硫产生。通过具有多孔结构的膜电极具有较高的比表面积，分散负载催化剂后能够暴露更多的催化活性位点，相对一般的块状电极具有更高的催化活性。

作为一个优选方案，所述具有催化功能的多孔膜由疏水多孔膜基体及其表面负载的金属单质、金属硫化物、金属硒化物中至少一种催化材料构成，或者为由具有催化功能及表面疏水的材料构成的多孔膜。