專利名稱：雙極膜電滲析再生有機胺類脫硫劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及雙極膜電滲析再生有機胺類脫硫劑的方法。
背景技術(shù)：
為了環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展，世界各國都對二氧化硫的排放制定了日趨嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過多年的研究探索，已有許多可供選擇的排煙脫硫方法，例如《大氣污染控制工程》(北京高等教育出版社.1996)中提到的吸收法、吸附法、氧化法，《美國化學(xué)工程師協(xié)會雜志》(AIChE Journal，1994，40143-151；1998，44323-331；2004，50524-529)中提到的電化學(xué)膜轉(zhuǎn)化法和射頻等離子轉(zhuǎn)化法。濕式吸收法由于投資少、操作和維護簡單，因而成為了排煙脫硫的常用方法。其中有機胺排煙脫硫技術(shù)操作簡便、脫硫效率高、脫硫劑可以通過熱再生而循環(huán)使用，具有較大的實用價值和良好的環(huán)境效益。但是在運行過程中，由于氧化作用，越來越多的脫硫劑轉(zhuǎn)化成了熱穩(wěn)定性鹽，這不僅降低了脫硫效率，而且造成了二次污染和有機胺的損失，從而限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。完善此技術(shù)的一個途徑是將脫硫過程中形成的熱穩(wěn)定性鹽進行再生，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。
已有研究者對脫硫過程中形成的熱穩(wěn)定性鹽的再生進行了嘗試。例如，《水處理技術(shù)》(2003，29(4)230-232)報道了對煙氣脫硫吸收劑進行電滲析再生的方法，其原理為將亞硫酸(H2SO3)和熱穩(wěn)定性鹽(RN)2SO4置于常規(guī)電滲析中的不同隔室中，在電場的作用下，陰陽離子發(fā)生通過離子膜的定向遷移而分別形成有機胺的亞硫酸鹽和硫酸(亞硫酸根離子與有機胺陽離子形成亞硫酸的有機胺鹽，SO42-與H+結(jié)合生成H2SO4)，然后再對有機胺的亞硫酸鹽進行加熱再生。其不足之處在于通過常規(guī)電滲析只形成了可熱再生鹽RNHSO3，需要進一步熱再生才能轉(zhuǎn)化成有機胺；需要使用另外的物質(zhì)亞硫酸而造成資源的浪費，而且亞硫酸不穩(wěn)定，操作上比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種雙極膜電滲析再生有機胺類脫硫劑的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足。
本發(fā)明雙極膜電滲析再生有機胺類脫硫劑的方法，將由隔板、雙極膜、陽離子交換膜和陰離子交換膜按照設(shè)定的膜池構(gòu)型組成的至少一組膜池單元，組裝在一對電極之間，形成雙極膜電滲析裝置；其特征在于將有機胺在脫硫過程中形成的熱穩(wěn)定性鹽溶液灌注到鹽室、鹽/堿室、鹽/酸室或陽極室這四類隔室里的其中一類隔室中，在其它隔室中灌注電解質(zhì)溶液，將該裝置的陰極和陽極分別與直流電源的負極和正極相連接，控制其直流電場的電流密度為10-200mA/cm2；所述有機胺是指能夠與二氧化硫反應(yīng)的氨基化合物；所述雙極膜是指由陽離子交換層和陰離子交換層復(fù)合而成的離子交換復(fù)合膜。
所述組成雙極膜電滲析裝置的膜池單元，為以下四種構(gòu)型中的一種隔板-雙極膜-隔板-陽離子交換膜-隔板-陰離子交換膜、隔板-雙極膜-隔板-陽離子交換膜、隔板-雙極膜-隔板-陰離子交換膜或隔板-雙極膜-隔板-陰離子交換膜-隔板-陰離子交換膜。
所述電解質(zhì)溶液一般使用強電解質(zhì)，優(yōu)選硫酸鈉。
本發(fā)明雙極膜電滲析再生有機胺類脫硫劑的方法，其原理是在有機胺脫硫過程中形成的熱穩(wěn)定性鹽的陽離子與雙極膜水解離出的氫氧根離子結(jié)合形成有機胺，而溶液中的硫酸根離子與雙極膜水解離出的氫離子結(jié)合形成硫酸。與《水處理技術(shù)》(2003，29(4)230-232)報道的對煙氣脫硫吸收劑進行電滲析再生的方法相比，本發(fā)明在將雙極膜水解離與常規(guī)電滲析兩項技術(shù)整合的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了有機胺的即時再生，操作程序得以簡化，且易于并入到現(xiàn)行的有機胺法脫硫工藝中；采用穩(wěn)定的硫酸鈉等強電解質(zhì)代替不穩(wěn)定的亞硫酸，可使溶液的電導(dǎo)增加，能耗降低，操作穩(wěn)定性增強。


圖1為雙極膜電滲析再生哌嗪膜池的四種構(gòu)型中的BP-C-A膜池構(gòu)型示意圖；圖2為雙極膜電滲析再生哌嗪膜池的四種構(gòu)型中的BP-C膜池構(gòu)型示意圖；圖3為雙極膜電滲析再生哌嗪膜池的四種構(gòu)型中的BP-A膜池構(gòu)型示意圖；圖4為雙極膜電滲析再生哌嗪膜池的四種構(gòu)型中的BP-C-C膜池構(gòu)型示意圖。
具體實施例方式以下通過實施例進一步詳細說明本發(fā)明用雙極膜電滲析再生有機胺類脫硫劑的方法。
實施例1按圖1所示組裝BP-C-A膜池構(gòu)型的雙極膜電滲析裝置，即按從陰極(-)到陽極(+)的順序依次將鈦鍍釕電極、有機玻璃極板、有機玻璃隔板、氟化橡膠密封墊以及雙極膜(BP)、陽離子交換膜(C)和陰離子交換膜(A)組裝成一個膜池重復(fù)單元的雙極膜電滲析裝置，形成相應(yīng)的四個隔室分別為陰極室、堿室、鹽室和陽極室，每個隔室的容積均為6.3cm3。再將各隔室分別通過乳膠管與外置潛水泵和燒杯(1000mL)組成四個獨立的循環(huán)回路。陰極室、堿室和陽極室均灌注濃度為0.3mol/L、溶液體積為0.5L的硫酸鈉(Na2SO4)溶液，鹽室灌注濃度為0.18mol/L、溶液體積為0.5L的硫酸哌嗪(Pz·H2SO4)溶液，四個隔室的溶液各自獨立循環(huán)，液體流速均為27L/h。每個隔室的單膜(雙極膜、陽離子交換膜或陽離子交換膜)有效膜面積均為7.07cm2。
先在未施加直流電場條件下，將四個隔室的溶液各自獨立循環(huán)，直至陰極和陽極間的電壓降小于0.2V。再將該裝置的陰極和陽極分別與直流電源的負極和正極相連接，確保雙極膜的陽離子交換層朝向陰極，其陰離子交換層朝向陽極?？刂浦绷麟妶龅碾娏髅芏葹?0mA/cm2。采用此膜池構(gòu)型通電操作一定時間后，從堿室取樣，采用紫外分光光度法測定哌嗪濃度。通電操作5min后，堿室哌嗪濃度達0.002mol/L；通電操作30min后，堿室哌嗪濃度達0.006mol/L；通電操作1h后，堿室哌嗪濃度達0.013mol/L；通電操作12h后，堿室哌嗪濃度達0.163mol/L。再生哌嗪量隨操作時間的延長而增加。具體操作時間可根據(jù)對硫酸哌嗪轉(zhuǎn)化率的要求來控制。
實施例2類似于實施例1的膜池組裝步驟，按圖2所示組裝一個膜池重復(fù)單元的BP-C膜池構(gòu)型雙極膜電滲析裝置，形成相應(yīng)的三個隔室分別為陰極室、堿室和陽極室。陰極室和堿室均灌注濃度為0.3mol/L、溶液體積為0.5L的硫酸鈉(Na2SO4)溶液，陽極室灌注濃度為0.18mol/L、溶液體積為0.5L的硫酸哌嗪(Pz·H2SO4)溶液，三隔室的溶液各自獨立循環(huán)。其他操作條件與實施例1相同。
采用此裝置再生哌嗪，通電操作1小時后堿室哌嗪濃度達0.015mol/L。
實施例3類似于實施例1的組裝步驟，按圖3所示組裝一個膜池重復(fù)單元的BP-A膜池構(gòu)型雙極膜電滲析裝置，形成相應(yīng)的三個隔室分別為陰極室、鹽/堿室和陽極室。陰極室和陽極室均灌注濃度為0.3mol/L、溶液體積為0.5L的硫酸鈉(Na2SO4)溶液，鹽/堿室灌注0.18mol/L、溶液體積為0.5L的硫酸哌嗪(Pz·H2SO4)溶液，三隔室的溶液各自獨立循環(huán)。其他操作條件與實施例1相同。
采用此裝置再生哌嗪，通電操作1小時后堿室哌嗪濃度達0.005mol/L。
實施例4類似于實施例1的組裝步驟，按圖4所示組裝一個膜池重復(fù)單元的BP-C-C膜池構(gòu)型雙極膜電滲析裝置，形成相應(yīng)的四個隔室分別為陰極室、堿室、鹽室和陽極室。陰極室、堿室和陽極室均灌注濃度為0.3mol/L、溶液體積為0.5L的硫酸鈉(Na2SO4)溶液，鹽室灌注0.18mol/L、溶液體積為0.5L的硫酸哌嗪(Pz·H2SO4)溶液，四隔室的溶液各自獨立循環(huán)。其他操作條件與實施例1相同。
采用此裝置再生哌嗪，通電操作1小時后堿室哌嗪濃度達0.015mol/L。
實施例5類似于實施例1的組裝步驟，按圖1所示組裝在一對電極之間有3個膜池重復(fù)單元的BP-C-A膜池構(gòu)型的雙極膜電滲析裝置，形成相應(yīng)的隔室數(shù)目為10個，其隔室組合為陰極室-堿室-鹽室-酸室-堿室-鹽室-酸室-堿室-鹽室-陽極室。陰極室、堿室、酸室和陽極室均灌注濃度為0.3mol/L、溶液體積為0.5L的硫酸鈉(Na2SO4)溶液，鹽室灌注0.18mol/L、溶液體積為0.5L的硫酸哌嗪(Pz·H2SO4)溶液，十個隔室的溶液各自獨立循環(huán)。其他操作條件與實施例1相同。
采用此裝置再生哌嗪，通電操作1小時后3個堿室內(nèi)的哌嗪濃度均達0.014mol/L。
權(quán)利要求
1.一種雙極膜電滲析再生有機胺類脫硫劑的方法，將由隔板、雙極膜、陽離子交換膜和陰離子交換膜按照設(shè)定的膜池構(gòu)型組成的至少一組膜池單元，組裝在一對電極之間，形成雙極膜電滲析裝置；其特征在于將有機胺在脫硫過程中形成的熱穩(wěn)定性鹽溶液灌注到鹽室、鹽/堿室、鹽/酸室或陽極室這四類隔室里的其中一類隔室中，在其它隔室中灌注電解質(zhì)溶液，將該裝置的陰極和陽極分別與直流電源的負極和正極相連接，控制其直流電場的電流密度為10-200mA/cm2；所述有機胺是指能夠與二氧化硫反應(yīng)的氨基化合物；所述雙極膜是指由陽離子交換層和陰離子交換層復(fù)合而成的離子交換復(fù)合膜。
2.如權(quán)利要求1所述雙極膜電滲析再生有機胺類脫硫劑的方法，特征在于所述組成雙極膜電滲析裝置的膜池單元，為以下四種膜池構(gòu)型中的一種隔板-雙極膜-隔板-陽離子交換膜-隔板-陰離子交換膜、隔板-雙極膜-隔板-陽離子交換膜、隔板-雙極膜-隔板-陰離子交換膜或隔板-雙極膜-隔板-陰離子交換膜-隔板-陰離子交換膜。
3.如權(quán)利要求1所述雙極膜電滲析再生有機胺類脫硫劑的方法，特征在于所述能夠與二氧化硫反應(yīng)的有機胺包括脂肪胺、芳香胺或環(huán)胺。
4.如權(quán)利要求1所述雙極膜電滲析再生有機胺類脫硫劑的方法，特征在于所述電解質(zhì)溶液采用強電解質(zhì)，優(yōu)選硫酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明雙極膜電滲析再生有機胺類脫硫劑的方法，特征是將能夠與二氧化硫反應(yīng)的有機胺在脫硫過程中形成的熱穩(wěn)定性鹽溶液，灌注到由至少一組膜池單元組成的雙極膜電滲析裝置中的鹽室、鹽/堿室、鹽/酸室或陽極室這四類隔室里的其中一類隔室中，在其它隔室中灌注電解質(zhì)溶液，將該裝置的陰極和陽極分別與直流電源的負極和正極相連接，控制其直流電場的電流密度為10－200mA/cm
文檔編號B01D61/42GK1806898SQ200510038208
公開日2006年7月26日 申請日期2005年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月22日
發(fā)明者徐銅文, 黃川徽 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)