本實用新型涉及一種磷化氫氣體的處理方法，屬于廢氣處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

磷化氫(PH₃)是一種無色、劇毒、易燃的氣體，主要產(chǎn)生于糧食倉庫熏蒸殺蟲、次磷酸鈉生產(chǎn)、半導體工業(yè)、黃磷生產(chǎn)以及污泥沉淀等過程中。由于磷化氫氣體有劇毒，當其在空氣中濃度為2～4mg/m³時，人可嗅到其氣味；當其在空氣中濃度為超過9.7mg/m³時，可致人中毒；當其在空氣中濃度為550～830mg/m³時，人接觸后會在0.5～1.0小時內(nèi)會發(fā)生死亡；當其在空氣中濃度超過2798mg/m³時，可使人迅速致死。為了防止含有磷化氫氣體的混合氣體對環(huán)境的污染和生物的毒害，排放前必須對磷化氫氣體進行處理。

目前現(xiàn)有技術(shù)中對磷化氫廢氣進行吸收凈化的裝置和方法主要有燃燒法、濕法和干法。其中燃燒法是傳統(tǒng)的磷化氫處理方法，通過磷化氫和空氣混合在焚化爐內(nèi)燃燒生成磷酸煙霧，所得煙霧通入吸收塔制得工業(yè)級的磷酸，但此方法的缺點在于焚化爐采用電加熱，屬于高能耗設(shè)備，產(chǎn)生的磷酸煙霧對反應(yīng)器有較強的腐蝕性，而且焚化爐各段溫度相差大，不利于安全生產(chǎn)，還存在漏氣的可能性。濕法處理磷化氫是采用次氯酸鈉為吸收劑，生成較穩(wěn)定的磷酸鹽類，缺點是：產(chǎn)生大量反應(yīng)的副產(chǎn)物氯氣造成二次污染，次氯酸的化學性質(zhì)不穩(wěn)定，極易分解、失效，需要頻繁更換吸收液，增加額外成本。干法處理磷化氫是采用活性炭對磷化氫進行吸附，但沒有改變磷化氫的化學性質(zhì)，不足之處是吸附后的活性炭要采用或燃燒或解析的方法進行后期處理，仍然存在污染問題。

以上方法無論是化學轉(zhuǎn)換法和吸附法，大都或多或少的造成一定程度的二次污染。

公開號CN 103551031A的中國發(fā)明申請文獻公開了一種一種電化學協(xié)同液相催化氧化凈化磷硫氰的方法及裝置，通過電化學氧化、催化劑催化氧化的共同作用將含磷、硫、氰中的一種或多種的混合氣進行處理，處理后磷、硫、氰分別被氧化為磷酸、單質(zhì)硫、二氧化碳和氮氣或氨氣，但是該方法的吸收中需要添加重金屬，不僅會增加成本，吸收廢液難處理。只經(jīng)過一次吸收難以保證吸收效果，陽極電極產(chǎn)生氧氣有限，只適用低濃度的氣體。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實用新型提出了一種磷化氫氣體的電化學處理裝置，采用本實用新型設(shè)備，使得排放的磷化氫廢氣完全吸收降解，實現(xiàn)磷化氫“零”含量排放，同時避免傳統(tǒng)化學吸收方法中所需的大量化學氧化劑，避免了二次污染。

一種磷化氫氣體的電化學處理裝置，包括反應(yīng)室，還包括：

水平設(shè)于所述反應(yīng)室內(nèi)的至少一層氣體擴散陽極，底層氣體擴散陽極的下方為氣體加壓室、上方為電化學吸收室；

設(shè)于所述電化學吸收室內(nèi)的網(wǎng)狀陰極和曝氣裝置，所述網(wǎng)狀陰極與氣體擴散陽極通過導線外接電源；

以及設(shè)于所述氣體加壓室上的進氣口，該進氣口的外接管路上設(shè)置氣體加壓設(shè)備。

多層氣體擴散陽極之間并聯(lián)，所述加壓設(shè)備可以采用加壓泵或增壓風機等常規(guī)加壓設(shè)備，本實用新型在磷化氫電化學吸收室中，含磷化氫廢氣通過氣體加壓泵壓入，透過氣體擴散陽極，大部分磷化氫在外加電源正電勢作用下，在陽極/電解液界面被氧化成磷酸鹽，剩余磷化氫溶入電解液；電解液中通入空氣，氧氣組分在陰極負電勢作用下與陽極傳遞的質(zhì)子結(jié)合還原成雙氧水，從而進一步氧化截留溶于電解液中的殘余磷化氫氣體，從而實現(xiàn)磷化氫完全吸收降解。

陽極/電解液界面發(fā)生的具體的反應(yīng)式為：

(1)PH₃+4H₂O→PO₄^3-+11H⁺+8e^-

陰極電極發(fā)生的具體的反應(yīng)式為：

(2)O₂+2H₂O+2e^-→H₂O₂+2OH^-

(3)H₂O₂+PH₃+2OH^-→HPO₃^2-+5H₂O。

所述氣體加壓室和電化學吸收室之間通過氣體擴散陽極和對應(yīng)的支撐材料隔離；氣體擴散陽極電極可以使磷化氫氣體自由的通入磷化氫電化學吸收室，同時可以杜絕磷化氫電化學吸收室中的電解液滲透。

優(yōu)選地，所述氣體擴散陽極由炭黑與活性炭滾壓在網(wǎng)狀金屬材料上制備而成，活性炭與炭黑的比例為1:2～1:5，氣體擴散陽極的厚度為0.5mm～2mm。

進一步優(yōu)選，活性炭與炭黑比例為1:2～3；更進一步優(yōu)選為1:2，合適的比例能夠高效的氧化吸收廢氣中的磷化氫，同時能夠保持擴散陽極電極優(yōu)良的透氣性。

以最優(yōu)比例為例，具體的操作方法如下：取活性炭10g和炭黑20g溶于乙醇溶液(300mL)中，充分攪拌1h后加入聚四氟乙烯60g，再攪拌1h，然后80℃下加熱蒸發(fā)乙醇至面團狀，接著通過輥壓機將面團狀的混合物壓制在不銹鋼網(wǎng)上制得厚度為1mm的陽極電極，最后在340℃下煅燒20分鐘后制得氣體擴散陽極。

氣體擴散陽極的制備本身可采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，只是在上述制備方法下制備的陽極性能更好。

優(yōu)選地，所述氣體擴散陽極設(shè)置為層數(shù)為1～5層，相鄰氣體擴散陽極之間的間距為5cm～30cm。本實用新型所述的多層擴散陽極電極可以對含磷化氫的氣體進行分散。廢氣被分散成若干弱小氣流，增加了氣液的接觸面積，加大了反應(yīng)幾率，使得磷化氫在陽極/電解液界面能夠被充分吸收。多層陽極的設(shè)置還可以利用不同層數(shù)的陽極適應(yīng)不同濃度的氣體。

進一步優(yōu)選地，所述氣體擴散陽極設(shè)置為層數(shù)為3～5層，相鄰氣體擴散陽極之間的間距為10cm～20cm，單層氣體擴散陽極的厚度為0.8～1.2mm。

更進一步優(yōu)選地，所述氣體擴散陽極設(shè)置為層數(shù)為5層，相鄰氣體擴散陽極之間的間距為20cm，單層氣體擴散陽極的厚度為1mm。

進一步優(yōu)選地，還設(shè)有用于支撐底層氣體擴散陽極的支撐架。

優(yōu)選地，所述電化學反應(yīng)室內(nèi)且位于氣體擴散陽極和網(wǎng)狀陰極之間設(shè)有隔層，所述曝氣裝置位于所述隔層與網(wǎng)狀陰極之間。進一步優(yōu)選，所述隔層為無紡布。

隔層位于陰極電極和陽極電極之間，隔層材料為無紡布，可以保證空氣不會擴散到陽極，從而避免影響陽極的磷化氫的吸收性能，同時其價格低廉，還可以分散磷化氫，提高陰極的吸收效率。

進一步地，所述曝氣裝置為微孔曝氣器，曝氣方式為微孔爆氣。能夠增加空氣的利用率，提高陰極的雙氧水產(chǎn)率。

優(yōu)選地，所述網(wǎng)狀陰極為鎳網(wǎng)，鈦網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)，目數(shù)為100-150目；進一步優(yōu)選為100-150目的不銹鋼網(wǎng)；最優(yōu)選為150目的不銹鋼網(wǎng)。進一步地，所述網(wǎng)狀陰極覆蓋反應(yīng)室內(nèi)的整個橫截面。能高效的利用空氣中的氧氣組分與質(zhì)子結(jié)合產(chǎn)生雙氧水，并且不銹鋼網(wǎng)造價低廉，具有良好導電性能可在實際應(yīng)用中擴大化利用。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)室頂部設(shè)有磷化氫檢測器。用于檢測處理后尾氣中磷化氫的濃度。

進一步地，設(shè)置在所述電化學吸收室內(nèi)的電解液的上方。

所述電化學吸收室反應(yīng)器的高徑比為1:1～5:1。進一步優(yōu)選，所述反應(yīng)器的高徑比為2～3:1，最優(yōu)選為3:1。

優(yōu)選地，所述氣體加壓室和磷化氫電化學吸收室依次從下往上排布，所述氣體加壓室和磷化氫電化學吸收室的體積比為1:1～1:10；進一步優(yōu)選，氣體加壓室和磷化氫電化學吸收室的體積比為1:1～1:5；最優(yōu)選為1:5。

利用本實用新型電化學處理裝置進行磷化氫尾氣吸收的方法包括如下步驟：

(1)通過加壓氣泵將磷化氫尾氣壓入氣體加壓室中，氣壓為0.5MPa-1.5MPa.

(2)磷化氫尾氣透過氣體擴散陽極，在陽極/電解液界面被氧化成磷酸鹽，剩余磷化氫溶入電解液中；

(3)電解液中通入空氣，氧氣組分在網(wǎng)狀陰極負電勢作用下與氣體擴散陽極傳遞的質(zhì)子結(jié)合還原成雙氧水，從而進一步氧化截留溶于電解液中的殘余磷化氫氣體，實現(xiàn)磷化氫完全吸收降解。

優(yōu)選地，電化學吸收室的陽極電流密度為在100A/m²–300A/m²；電化學吸收室中電解液為氫氧化鉀或者氫氧化鈉，電解液濃度為1mol/L-5mol/L。

合適的電流密度能夠保證有效的氧化磷化氫；合適的堿度能夠保證電解液的同時能夠促進磷化氫的吸收。

進一步優(yōu)選地，電化學吸收室的陽極電流密度為在150A/m²–250A/m²；電化學吸收室中電解液為氫氧化鉀溶液，濃度為2mol/L-4mol/L。

更進一步優(yōu)選地，電化學吸收室的陽極電流密度為在180A/m²–220A/m²；電化學吸收室中電解液為氫氧化鉀溶液，濃度為2.5mol/L-3.5mol/L。

最優(yōu)選地，電化學吸收室的陽極電流密度為在200A/m²；電化學吸收室中電解液為氫氧化鉀溶液，濃度為3mol/L。

本實用新型利用多層擴散陽極的電化學氧化磷化氫，將氣態(tài)的磷化氫轉(zhuǎn)換為液態(tài)的磷酸鹽，無二次污染，是一項高效，對保護人體健康和大氣環(huán)境都具有積極意義的實用新型。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果：

(1)本實用新型的優(yōu)點是實現(xiàn)磷化氫廢氣的完全吸收，并且不會產(chǎn)生二次污染。

(2)本實用新型適用范圍廣，可以適用于不同規(guī)模不同濃度的磷化氫氣體；本實用新型的方法適用于濃度在0ppm～20000ppm的磷化氫尾氣的處理，均能達到完全吸收的目的。

(3)本實用新型裝置能夠通過控制電源改變陽極電流密度實現(xiàn)機械電子化操作，降低了人員工作強度，提升了對人員的安全防護，整個裝置及工藝安全有效，簡單可行，可工程放大，徹底地解決了磷化氫吸收難題。

(4)不添加任何化學試劑，陽極可以保證吸收效果，可以利用不同層數(shù)的陽極可以適應(yīng)不同濃度的氣體，陰極產(chǎn)生雙氧水可以保證吸收效果。

(5)本實用新型的氣體吸收發(fā)生在陽極電極/電解液界面，能夠快速有效的吸收，除此之外，陰極產(chǎn)生的雙氧水能夠吸收殘余的低濃度的磷化氫氣體，確保氣體的完全吸收。

附圖說明

圖1是本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中所示附圖標記如下：

1-氣體加壓室 2-支撐架 3-電化學吸收室

4-隔層 5-曝氣裝置 6-磷化氫檢測器

7-網(wǎng)狀陰極 8-電源 9-氣體擴散陽極

10-氣體進口。

具體實施方式

如圖1所示，一種磷化氫氣體的電化學處理裝置，包括反應(yīng)室，反應(yīng)室內(nèi)由氣體擴散陽極9及對應(yīng)的支撐架2分隔為上下兩個反應(yīng)腔，位于氣體擴散陽極下方的空間為氣體加壓室1，氣體加壓室?guī)в羞M氣口10，進氣口10的外接管路上設(shè)置加壓泵(圖中未示出)，位于氣體擴散陽極上方的空間為電化學吸收室3，電化學吸收室內(nèi)盛裝電解液，電解液液面上方設(shè)置磷化氫檢測器6。

氣體擴散陽極6設(shè)置為1～5層，所有氣體擴散陽極之間并聯(lián)，支撐架2用于支撐底層陽極相鄰陽極之間的間距為5cm～30cm，進一步優(yōu)選設(shè)置為15cm～25cm；單層陽極的厚度為0.5mm～2mm，進一步優(yōu)選設(shè)置為0.8～1.2mm。本實施方式中，最優(yōu)選的設(shè)置為：氣體擴散陽極設(shè)置為層數(shù)為3層，相鄰氣體擴散陽極之間的間距為20cm，單層氣體擴散陽極的厚度為1mm。

電化學吸收室內(nèi)還設(shè)有水平設(shè)置的網(wǎng)狀陰極7，網(wǎng)狀陰極可采用鎳網(wǎng)，鈦網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)，目數(shù)為100-150目；本實施方式中優(yōu)選為100～150目的不銹鋼網(wǎng)，網(wǎng)狀陰極覆蓋反應(yīng)室的整個橫截面。

氣體擴散陽極9和網(wǎng)狀陰極7之間通過導線連接電源8的正負極，電化學吸收室內(nèi)且位于網(wǎng)狀陰極和氣體擴散陽極之間設(shè)置隔層4，本實施方式中，隔層為無紡布，曝氣裝置5設(shè)置在隔層與網(wǎng)狀陰極之間，防止空氣進入陽極電極，本實施方式中，曝氣裝置采用微孔曝氣器。

本實施方式中，氣體擴散陽極由如下方法制備：

取活性炭10g和炭黑20g溶于乙醇溶液(300mL)中，充分攪拌1h后加入聚四氟乙烯60g，再攪拌1h，然后80℃下加熱蒸發(fā)乙醇至面團狀，接著通過輥壓機將面團狀的混合物壓制在不銹鋼網(wǎng)上制得厚度為1mm的陽極電極，最后在340℃下煅燒20分鐘后制得氣體擴散陽極。

采用上述裝置進行磷化氫尾氣處理的方法如下：

(1)通過加壓氣泵將磷化氫尾氣壓入氣體加壓室中，氣壓為0.5MPa-1.5MPa.

(2)磷化氫尾氣透過氣體擴散陽極，在陽極/電解液界面被氧化成磷酸鹽，剩余磷化氫溶入電解液中；

(3)電解液中通入空氣，氧氣組分在網(wǎng)狀陰極負電勢作用下與氣體擴散陽極傳遞的質(zhì)子結(jié)合還原成雙氧水，從而進一步氧化截留溶于電解液中的殘余磷化氫氣體，實現(xiàn)磷化氫完全吸收降解。

電化學吸收室內(nèi)盛裝電解液，電解液采用氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液濃度為2mol/L-4mol/L；電化學吸收室的陽極電流密度為在150A/m²–250A/m²。

實施例1

電化學吸收器：直徑50cm，高150cm，陽極電極(活性炭與炭黑比例為1:2)電極層數(shù)為3層，電極間距為10cm，每層電極厚度為0.5mm，陰極電極為100目的不銹鋼網(wǎng)。電解液為1mol/L的氫氧化鈉溶液。

打開電源，控制陽極電流密度為100A/m²，打開空氣曝氣裝置和尾氣加壓泵。磷化氫尾氣(1000ppm)壓入氣體擴散室(1.0MPa)后依次透過多層擴散陽極電極，在每一層陽極/電解液界面被氧化成磷酸鹽，同時陰極電極附件產(chǎn)生大量的雙氧水，雙氧水與經(jīng)過陽極電極和無紡布擴散后殘余的磷化氫被化學吸收，上方的磷化氫檢測器顯示讀數(shù)為0ppm。磷化氫廢氣通過多層擴散陽極和雙氧水的共同左右實現(xiàn)磷化氫的完全去除。

實施例2

電化學吸收器：直徑30cm，高100cm，陽極電極(活性炭與炭黑比例為1:4)電極層數(shù)為5層，電極間距為20cm，每層電極厚度為1mm，陰極電極為160目的不銹鋼網(wǎng)。電解液為3mol/L的氫氧化鈉溶液。

打開電源，控制陽極電流密度為200A/m²，打開空氣曝氣裝置和尾氣加壓泵。磷化氫尾氣(20000ppm)壓入氣體擴散室(0.5MPa)后依次透過多層擴散陽極電極，在每一層陽極/電解液界面被氧化成磷酸鹽，同時陰極電極附件產(chǎn)生大量的雙氧水，雙氧水與經(jīng)過陽極電極和無紡布擴散后殘余的磷化氫被化學吸收，上方的磷化氫檢測器顯示讀數(shù)為0ppm。磷化氫廢氣通過多層擴散陽極和雙氧水的共同左右實現(xiàn)磷化氫的完全去除。

以上所述僅為本實用新型專利的具體實施案例，但本實用新型專利的技術(shù)特征并不局限于此，任何相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本實用新型的專利范圍之中。