碱对高铁酸盐去除硫化氢气体的影响研究

姜春泮，刘惠玲，王梦梦

(哈尔滨工业大学 市政环境工程学院，哈尔滨 150090)

碱对高铁酸盐去除硫化氢气体的影响研究

姜春泮，刘惠玲，王梦梦

(哈尔滨工业大学 市政环境工程学院，哈尔滨 150090)

采用电解的方法制成具有强氧化性的高铁酸盐，利用产生的高铁酸盐在线去除H2S气体.研究发现，在常温常压下，电流密度为4 mA/cm2，初始硫化氢的体积百分含量为80×10-6时，电解液使用NaOH比使用KOH效果好，KOH的浓度为8 mol/L时，H2S的氧化率最高只有80.36%，而NaOH的浓度为7 mol/L时，H2S的氧化率最高可达 91.65%，而且NaOH浓度为5～9 mol/L时，H2S的氧化率可达46.94%～91.65%.

高铁酸盐；硫化氢；氢氧化钠；氢氧化钾

一些来源于污泥处理工艺以及其他城市废物处理设施，如垃圾转运站，垃圾填埋场等的臭味已经引发越来越多的投诉[1].含硫化合物被认为是引起污泥臭味主要的物质之一[2].这些含硫化合物主要包括硫化氢，硫醇，二甲基硫和二硫化碳等[3].硫化氢是其中一种典型的有毒含硫臭气，在空气中体积百分含量0.05×10-6微量的硫化氢就会被人识别，有臭鸡蛋气味，长时间暴露在含低浓度的硫化氢的环境中不仅严重地威胁人身安全，而且会引起设备和管路的腐蚀和催化剂中毒，因此，必须对硫化氢进行脱除[4].

大多数处理臭气的干法，如活性炭吸收法[5-6]，膜分离法[7]等，设备投资大，脱硫剂需要间歇再生或更换，且硫容量相对较低[8]，且工业生产及城市污水处理厂产生的臭气中含大量的水分，会大大降低干法去除臭气的效率.相对比较，一些湿法，如电解法，生物处理[9]等更适合去除工业生产及城市污水处理厂产生的臭气.

高铁酸盐是一种强氧化剂，在酸性条件下和碱性条件下，高铁酸盐的标准电极电势分别为E0(FeO24-/Fe3+)=2.20 V，E0(FeO24-/Fe(OH)3)=0.72 V[10]，比常见氧化剂如高锰酸钾、次氯酸、过氧化氢等都高，因此可以把难氧化的恶臭物质氧化，且其还原产物为氢氧化铁.氢氧化铁具有絮凝沉降的作用，可以进一步去除水中的污染物质.不仅如此，三价的铁无害，在自然界中广泛存在，不会对环境，人体造成二次污染，后续处理的成本费用低，而且高铁酸盐能在几秒至几分钟内将有机硫化物[11]，无机硫化物[12]快速降解成无害的化合物.目前，有研究表明[13-14]，可以在强碱溶液中用电解法生成高铁酸盐，在线去除臭气.在此过程中，有两个过程：1)高铁酸盐的生成；2)高铁酸盐的消耗[13].这种在线去除臭气的方法可以有效的解决高铁酸盐生成后易氧化被还原失效的现象，而且简化了高铁酸盐的运输和储存过程.因此高铁酸盐用于臭气的彻底去除是一种有效的药剂.此过程中，硫化氢，甲硫醇等臭味气体先被碱溶液吸收，然后被电解合成的高铁酸盐快速氧化.实际上，化学氧化法已经研究很多年，常见的氧化剂为过氧化氢，高锰酸钾，次氯酸盐，而高铁酸盐对臭气的去除的研究并不多.因此，本研究旨在找到一种在强碱溶液中利用电解产生的高铁酸盐在线处理臭气硫化氢的新方法.本实验的目的在于研究不同的碱溶液和不同碱溶液浓度对高铁酸盐去除臭气效果的影响.

1 材料及实验方法

1.1 实验仪器及试剂

电子万用炉(北京市永光明医疗仪器厂)；752型紫外可见分光光度计(北京普希通用仪器有限责任公司)；电子天平(北京丹佛仪器有限公司)；硫化氢检测器；lzb-2F-6-60 mL，lzb-3F-100-1 000 mL玻璃转子流量计；恒电位仪.邻菲啰啉；硫酸亚铁铵；无水醋酸钠铬酸钾；氯化钡；无水硫酸钠；盐酸羟胺.

以上实验药品均为分析纯，实验用水为蒸馏水.

1.2 试验方法

1.2.1电解产生高铁酸盐

合成高铁酸盐的电解槽为有效容积150 mL的密封圆柱体，如装置图1，材料为有机玻璃.以有效表面积20 cm2的HT200的灰口铸铁为阳极，同面积的镍网为阴极，一定浓度的碱溶液为电解液.实验过程中控制电流密度为4 mA/cm2，温度为室温.在电解前电极要进行预处理，灰口铸铁用砂纸打磨去除氧化膜并增大比表面积，然后在稀HCl溶液中浸渍2 min，彻底去除氧化膜后蒸馏水冲洗使用，泡沫镍用稀硫酸浸泡10 min后使用.

1.2.2硫化氢的去除

用空气和硫化氢进行配气，控制硫化氢的体积百分含量为80×10-6，混合气体的流速为600 mL/min通过底部曝气头进入电解槽中，使气泡与溶液接触充分，并控制电流密度为4 mA/cm2，分别以不同浓度的NaOH，KOH溶液为电解液，测定电解150 min时溶液中剩余硫离子的含量.混合气体进入反应装置后，先被NaOH或KOH溶液吸收，再被电解产生的高铁酸盐氧化.进出口的H2S被H2S检测器检测.同时，进行相对应的各碱溶液不同浓度下不通电的对比试验，以检测H2S被NaOH或KOH吸收以后，自然氧化的情况.

1.2.3高铁酸盐及硫化氢的分析方法

本实验中，高铁酸盐在碱溶液中的含量采用国标法邻菲啰啉分光光度法.气体硫化氢在电解槽进出口的浓度用分别用硫化氢检测器在线检测，反应前后碱溶液中含硫离子的量采用国标法亚甲基蓝分光光度法.作为高铁酸盐氧化硫化氢的最终产物硫酸根离子在碱溶液中含量的测定采用国标法铬酸钡分光光度法进行测定.

a—气体质量流量计；b—空气气瓶；c—硫化氢气瓶；d—缓冲瓶；e—曝气头 f—阳极，灰口铸铁；g—阴极，镍网；h—氢氧化钠溶液；i—恒温水浴；j—氢氧化钠溶液图1 装置图

2 结果及分析

在对比组(不通电)和实验组(通电)的试验中发现，出口处H2S的体积分数基本为0，说明在本装置中H2S 基本可以被NaOH，KOH溶液快速而完全的吸收，最后变为硫离子，但是硫离子的自然氧化率极低，如图2.

在实验组中，在前30 min不通电只通入混合气体，以便使NaOH，KOH两种碱溶液中有一定浓度的硫离子.通电以后硫离子的含量明显的下降，可以认为是产生的高铁酸盐氧化了溶液中的硫离子，然后硫离子的含量有所升高，最终硫离子的氧化和吸收达到动态平衡.虽然碱的浓度越高，产生的高铁酸盐越多，但是过多的OH-会降低高铁酸盐的氧化能力[14]，所以要选择最优的碱的浓度，使硫离子的氧化率较高，而高铁酸盐的氧化能力又很好.不同的碱溶液也会对实验结果造成影响.因此，分别以不同浓度的NaOH，KOH溶液为电解液，测定电解150 min时溶液中剩余硫离子的含量，结果如图2.

图2 不同浓度的碱溶液对硫化氢的影响

由图2可以看出，当碱溶液的浓度小于8 mol/L时，电解液为NaOH的实验组的H2S的去除率比电解液为KOH的实验组中H2S的去除率要高很多.当碱溶液的浓度大于8 mol/L时，电解液为NaOH的实验组的H2S的去除率比电解液为KOH的实验组中H2S的去除率要略低.当NaOH的浓度为7 mol/L时，H2S的去除率达到最高91.65%，当KOH的浓度为8 mol/L时，H2S的去除率达到最大达80.36%.因此，不管从节约成本还是去除效果的角度，电解液都应选择NaOH.

在NaOH浓度为5～9 mol/L时，实验组的硫离子去除的更多，为46.94%～91.65%，说明此时硫离子的氧化率比在其他浓度的NaOH中更高.当NaOH的浓度小于5 mol/L或大于9 mol/L时，溶液中硫离子的去除率较低，说明在此浓度的NaOH溶液中，硫离子的氧化率比5～9 mol/L时低.当NaOH的浓度为7 mol/L时，硫离子的去除率最高，可达到91.65%

3 结 语

本实验采用电化学方法产生高铁酸盐，在反应器中，H2S先被碱溶液吸收，再被电解产生的高铁酸盐氧化去除.在常温常压下，电流密度为4 mA/cm2，一定浓度碱溶液的条件下，通入反应器的H2S几乎被碱溶液完全吸收，硫离子被新产生的高铁酸盐的氧化去除率也很高.研究发现当电解液为NaOH时，H2S的去除效率较好，当NaOH的浓度为7 mol/L时，硫离子的去除率可达到91.65%.作为一种去除H2S的新方法，本实验有很大的学术研究意义及工程应用价值.

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Effect of aqueous alkaline solution on reaction of ferrate removing hydrogen sulfide gas

JIANG Chun-pan, LIU Hui-ing, WANG Meng-meng

(School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)

The strong oxidizing ferrate is obtained by the method of electrolytic. The new producing ferrate was used to remove the hydrogen sulfide gas online. It is found that under the atmospheric pressure, the current density was 4 mA/cm2, and the initial H2S concentration of 80×10-6, KOH was better than NaOH. When the concentration of KOH was 8 mol/L sulfur ions removal rate can reach to 80.36%. However, when the concentration of NaOH was 7mol/L, sulfur ions removal rate can reach to 91.65%. What’s more, when the concentration of NaOH was 5～9 mol/L sulfur ions removal rate was 46.94% to 91.65%.

ferrate; hydrogen sulfide; NaOH; KOH

2014-08-27.

城市水资源与水环境国家重点实验室(哈尔滨工业大学)自主项目(2014DX08)

姜春泮(1989-)，女，硕士，研究方向：气体的污染与防治.

X701

A

1672-0946(2015)05-0543-03