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电化学脱硫的热力学分析.pdf

 第 27 卷第 3 期 煤   炭   学   报 Vol27  No 3    2002 年 6 月 J OU RNAL OF CH INA COAL SOCIE T Y J une   2002     文章编号 :0253 - 9993 (2002) 03 - 0320 - 05 电化学脱硫的热力学分析 1 ,2 3 2 李登新 , 高晋生 , 孟繁玲 ( 1 清华大学 热能工程系 , 北京  100084 ; 2 山东科技大学 化工系 , 山东 , 济南  25003 1 ; 3 华东理工大学 能源工程 系 , 上海  200237) 摘  要 : 从化学热力学的角度探索煤的电化学脱硫可行性. 热力学分析表明 , 煤中黄铁矿和有机 Δ 硫电解反应的标准吉布斯自由能 r Gm 值大于零 , 反应为非 自发反应 , 需要在一定的电压下进 ( ) 行. 但煤中各种形态硫电解脱硫反应的理论分解电压 E 并不高 , 电化学脱硫很容易实现. 在 电解液中加入某些阳离子如铁离子 、锰离子可以加快电解脱硫反应速度. 分析表明 , 电解催化剂 锰离子比铁离子更能加快煤的脱硫速率. 关键词 : 煤 ; 电解 ; 脱硫 ; 热力学 中图分类号 : O64654 ; TQ 5361    文献标识码 : A   电化学脱硫是一种经济有效的、能够脱除煤中有机和无机硫的方法[ 1 ,2 ] . 国内外已经研究了电化学脱 硫的条件与脱硫率的关系 , 电化学脱硫反应和机理 , 但对电化学脱硫的热力学研究较少[3 ] . 本文从热力 学的角度 , 说明电化学脱硫的可行性及选择电化学脱硫催化剂的热力学依据. 1  黄铁矿电化学脱硫的热力学分析 [4 ] Δ Δ   根据热力学定律 , 化学反应的标准吉布斯 自由能变 r Gm 的正负表明反应的自发性 , r Gm 0 , Δ 反应能自发进行 ; r Gm 0 , 反应不能自发进行. 下面根据热力学数据研究电解池中可能发生的电解反 应和阳极液中发生的氧化反应[4 ] . 11  电解反应的吉布斯自由能变 Δ Δ Δ   吉布斯自由能变 r Gm = rHm - T rS m , 从物理化学手册上查得化学反应相关物质在 298 K 下的标 Δ [5~7 ] Δ 准焓变 rHm 和标准熵 S m , 可计算电化学反应的 r Gm , 计算结果见表 1. Δ   从表 1 可以看出 , 无论在酸性或碱性介质中 , 阳极表面发生的黄铁矿电解脱硫反应的 r Gm 0 , 黄 铁矿电解氧化为元素硫 、亚硫酸和硫酸的吉布斯 自由能变分别达到 3 12 0 , 4497 和 4953 kJ / mol , 故这 些电解反应为非自发反应 , 需要在一定的电解电压下才能进行. 但是如果在酸性条件下 , 于阳极液中加入 还原性阳离子 , 如二价铁或二价锰 , 这些阳离子在阳极表面发生氧化反应 (

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