沈 力，張 亮，劉 淼

（吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

硫化氫（H2S）是一種具有臭雞蛋氣味的刺激性氣體，廣泛存在于各種有毒有害氣體之中，如垃圾處理廠廢氣、含硫天然氣和煤氣、食品工業(yè)和污泥處理廠的廢氣等［1］.我國(guó)對(duì)環(huán)境大氣、車(chē)間空氣及工業(yè)廢氣中硫化氫質(zhì)量濃度已有嚴(yán)格規(guī)定：居民區(qū)環(huán)境大氣中硫化氫的最高質(zhì)量濃度不得超過(guò)0.01mg／m3；車(chē)間工作地點(diǎn)空氣中最高質(zhì)量濃度不得超過(guò)10mg／m3；城市煤氣中不得超過(guò)20mg／m3；油品煉廠廢氣中硫化氫質(zhì)量濃度要求凈化至10～20mg／m3.含硫化氫廢氣的達(dá)標(biāo)處理對(duì)環(huán)境和人體健康有著舉足輕重的作用［2］.目前，國(guó)內(nèi)外處理H2S廢氣的方法主要分為干法和濕法兩類(lèi)，研究較多的如利用活性炭吸附、雜多酸鐵離子吸附和碳酸鈉溶液吸附等［3－5］.

聚合硫酸鐵是一種鐵系無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，具有良好的絮凝和吸附作用.在水處理過(guò)程中，聚合硫酸鐵能很快形成大量的［Fe（OH）2］＋，［Fe（OH）］2＋和［Fe2（OH）2］4＋等多核絡(luò)離子，極易生成絮凝體，凝聚性能好［6］.而且絮凝劑耗量少、沉降速度快、pH適用范圍寬、水中殘留鐵離子少、水解產(chǎn)物脫水性能優(yōu)良、重金屬的去除率高、出水質(zhì)量?jī)?yōu)良、處理成本低［7］.聚合硫酸鐵廣泛應(yīng)用于生活飲用水、工業(yè)循環(huán)水及化工、石油、礦山、造紙、印染、釀造、鋼鐵、煤氣等行業(yè)工業(yè)廢水的凈化處理［8］，對(duì)不同地區(qū)不同種類(lèi)的水源均能達(dá)到理想的效果.

本文著重考察了聚合硫酸鐵－硫酸銅溶液對(duì)H2S氣體的吸收處理，以找到一種既可以吸收高濃度H2S氣體又方便易得的吸收劑，以較低的濃度得以吸收較大濃度的H2S氣體，這樣高濃度H2S的處理流程將得到簡(jiǎn)化，處理成本也將大幅度下降.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

儀器：QC－1型空氣采樣器，大型氣泡吸收管（長(zhǎng)春吉大小天鵝儀器有限公司）；721型分光光度計(jì)（上海第三分析儀廠）；FA1604型電子天平（上海天平儀器廠）.

試劑：標(biāo)準(zhǔn)吸收液，將4.3g硫酸鎘、0.30g氫氧化鈉、10.0g聚乙烯醇磷酸銨定容至1000mL；對(duì)氨基二甲基苯胺貯備液，量取濃硫酸25.0mL，邊攪拌邊倒入15.0mL水中，冷卻.稱(chēng)取6.0g對(duì)氨基二甲基苯胺鹽酸鹽，溶解于上述硫酸溶液中，在冰箱中長(zhǎng)期保存；混合顯色劑，吸取2.5mL貯備液，用體積分?jǐn)?shù)為50%的硫酸溶液稀釋至100mL.使用時(shí)，按1.00mL對(duì)氨基二甲基苯胺使用液和一滴FeCl3溶液的比例相混合.

1.2 吸收液的制備

將10.0g聚合硫酸鐵完全溶解于少量水中，再加入24.25g硫酸銅晶體，使之完全溶解，定容至200mL.儲(chǔ)存于容量瓶中以備使用，可長(zhǎng)期保存.H2O2見(jiàn)光可分解，極不穩(wěn)定，需現(xiàn)用現(xiàn)加.由于該吸收液的吸收效果非常好，故實(shí)驗(yàn)使用時(shí)需再稀釋50倍.

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備

利用亞甲基蘭分光光度法繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線［9］.

1.4 實(shí)驗(yàn)裝置

用FeS與稀硫酸的反應(yīng)制取H2S氣體，可8h持續(xù)均勻地產(chǎn)生H2S氣體，完全可以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求，可以通過(guò)調(diào)節(jié)酸的濃度調(diào)節(jié)產(chǎn)生H2S速度的快慢.實(shí)驗(yàn)過(guò)程由大氣采樣器控制流量，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.5 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）H2S初始濃度的測(cè)定

在H2S氣體發(fā)生裝置中加入250mL水，再用滴管加入5滴濃硫酸（0.25mL），搖勻后，投入大小約1cm3的FeS固體（FeS之前用鹽酸清洗，以清除表面氧化膜保證反應(yīng)的進(jìn)行），連接尾氣吸收裝置，打開(kāi)大氣采樣器，開(kāi)始抽氣.待30min后H2S氣體產(chǎn)生速率基本穩(wěn)定后再連接吸收裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).在2個(gè)吸收管中分別加入10.0mL的標(biāo)準(zhǔn)吸收液吸收H2S氣體，通過(guò)大氣采樣器0.5L／min的流速采樣5min，在2個(gè)吸收管中各取1mL均勻溶液于20mL比色管中，加入2mL混合顯色劑，再將溶液稀釋至20mL，搖勻，靜置30min，加一滴磷酸氫二銨溶液，搖勻以排除鐵離子顏色的干擾［10］.將溶液加在1mL比色皿內(nèi)，以水為參比，在665nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度［11］，并計(jì)算出H2S的初始濃度.由于吸收H2S的量與濃度、流速、吸收時(shí)間均有關(guān)系，為減少吸收時(shí)間，H2S的濃度應(yīng)略高，實(shí)驗(yàn)測(cè)得H2S的平均初始質(zhì)量濃度為68mg／m3，符合實(shí)驗(yàn)要求.

（2）聚合硫酸鐵－硫酸銅溶液對(duì)H2S氣體的吸收

在一定的初始濃度和一定的反應(yīng)時(shí)間條件下，在H2S發(fā)生裝置連接的第1個(gè)吸收管中，換成聚合硫酸鐵的吸收液，并加入不同比例H2O2作為催化劑.氣體先經(jīng)過(guò)聚合硫酸鐵吸收液吸收，剩余尾氣再由第2個(gè)吸收管吸收.通過(guò)已知的初始濃度和時(shí)間可以計(jì)算出產(chǎn)生的H2S總量，再計(jì)算出尾氣吸收裝置吸收的H2S的量即可得到聚合硫酸鐵－硫酸銅溶液吸收的H2S量，測(cè)定方法同上.

H2S去除率公式：X＝［（c0－c）／c0］×100%.

其中：c0代表初始濃度，c代表反應(yīng)后氣體的濃度，X代表去除率.

2 結(jié)果與討論

在未加聚合硫酸鐵－硫酸銅的實(shí)驗(yàn)裝置中，串聯(lián)2個(gè)吸收裝置，目的是讓吸收管1未完全吸收的H2S氣體被吸收管2吸收，2個(gè)吸收管的濃度求和既是H2S氣體的初始濃度.經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，吸收裝置2吸收H2S的濃度遠(yuǎn)低于裝置1吸收的H2S，可粗略認(rèn)為在吸收裝置1中吸收H2S的濃度等同于H2S發(fā)生裝置生成的H2S的濃度.當(dāng)吸收裝置1加入聚合硫酸鐵－硫酸銅吸收液，吸收裝置2加入標(biāo)準(zhǔn)吸收液時(shí)，通過(guò)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)吸收液吸收的量，從而計(jì)算出聚合硫酸鐵－硫酸銅吸收液的吸收效率.

2.1 不同比例H2O2作為催化劑的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加入與Cu2＋不同物質(zhì)的量配比的H2O2作為催化劑（如圖2所示）.當(dāng)Cu2＋與H2O2的物質(zhì)的量比為1∶4時(shí)，其穿透時(shí)間較不加H2O2和加入配比為1∶2的時(shí)間都要長(zhǎng)，當(dāng)不加H2O2時(shí)出口濃度急劇增加，而當(dāng)Cu2＋與H2O2的物質(zhì)的量比為1∶4時(shí)，其穿透曲線上升緩慢，可見(jiàn)H2O2的加入對(duì)于聚合硫酸鐵－硫酸銅溶液的吸收效果有明顯的增強(qiáng)，起到很好的催化效果.

由圖2可見(jiàn)，當(dāng)Cu2＋與H2O2物質(zhì)的量比為1∶4的時(shí)吸收效果最好.取H2S出口濃度為進(jìn)口濃度的10%作為穿透點(diǎn)，則聚合硫酸鐵－硫酸銅溶液在100min穿透，吸收效率維持在90%以上.從圖2中可以看出，在氣體流量、吸附劑用量相同的條件下，不同時(shí)間下Cu2＋與H2O2物質(zhì)的量比為1∶4時(shí)對(duì)H2S的吸收量最大.此溶液相比于其他固體吸附劑如沸石、活性炭等有更大的吸收容量和吸收速率.

圖2 不同比例H2O2作為催化劑聚合硫酸鐵－硫酸銅溶液對(duì)H2S吸收的穿透曲線

2.2 多種組合吸收液吸收H2S的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

在原始條件均不變的條件下，控制初始質(zhì)量濃度為68mg／m3，按照聚合硫酸鐵－硫酸銅的混合比例，配成聚合硫酸鐵－硫酸鋅、聚合硫酸鐵－氯化鐵的吸收液，同樣加入n（Cu2＋）∶n（H2O2）＝1∶4的H2O2作為催化劑，測(cè)定其各自的吸收效率（如圖3所示）.從圖3可以看出，聚合硫酸鐵中加入硫酸銅的穿透時(shí)間最長(zhǎng)，其吸收效率最大.

圖3 聚合硫酸鐵和多種鹽類(lèi)組合對(duì)H2S吸收的穿透曲線

2.3 H2S的吸收效率和吸收量

實(shí)驗(yàn)中對(duì)H2S的吸收效率進(jìn)行了計(jì)算，圖4給出了H2S吸收效率隨時(shí)間變化的關(guān)系.從圖4中可以看出，聚合硫酸鐵－硫酸銅的吸收液在前120min內(nèi)的吸收效率保持在80%以上，前50min的吸收效率接近100%.

聚合硫酸鐵－硫酸銅溶液對(duì)H2S的吸收量隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖5所示.由圖5可見(jiàn)，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，聚合硫酸鐵－硫酸銅溶液對(duì)H2S的吸收量不斷增加，但增長(zhǎng)幅度逐漸降低，直至大約200min時(shí)完全穿透.

圖4 聚合硫酸鐵－硫酸銅吸收液吸收H2S的效率與時(shí)間關(guān)系

圖5 聚合硫酸鐵－硫酸銅溶液對(duì)H2S的吸收量隨時(shí)間的變化關(guān)系

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)研究了一種新型聚合硫酸鐵－硫酸銅吸收液對(duì)H2S的吸收能力、催化劑H2O2的用量和催化效果.通過(guò)幾組對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：

（1）測(cè)得H2S氣體初始質(zhì)量濃度為68mg／m3，遠(yuǎn)高于生活中H2S氣體的濃度，而所用稀釋50倍后的吸收液在較高H2S氣體初始濃度和一定反應(yīng)時(shí)間條件下，該吸收液對(duì)H2S就有較好的吸收作用.

（2）H2O2的加入對(duì)吸收反應(yīng)的進(jìn)行有明顯促進(jìn)作用，隨著H2O2量的增加，穿透時(shí)間增加，吸收反應(yīng)更加充分完全，吸收效率有所增加.

（3）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的幾種鹽類(lèi)與聚合硫酸鐵組成的混合溶液對(duì)H2S氣體的吸收均有很好的吸收效果.在維持吸收效率達(dá)到90%以上的情況下，聚合硫酸鐵與硫酸銅配成的吸收液要比與其他鹽類(lèi)配成的吸收液吸收H2S氣體的時(shí)間更長(zhǎng)，吸收的量更大.

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