本發(fā)明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(dǎo)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(dāng)其在空氣中濃度為2～4mg/m³時，人可嗅到其氣味；當(dāng)其在空氣中濃度為超過9.7mg/m³時，可致人中毒；當(dāng)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(dāng)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(jìn)行處理。

目前現(xiàn)有技術(shù)中對磷化氫廢氣進(jìn)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(qiáng)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(xué)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(jìn)行吸附，但沒有改變磷化氫的化學(xué)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(jìn)行后期處理，仍然存在污染問題。以上方法無論是化學(xué)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。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種電化學(xué)輔助化學(xué)吸收的磷化氫處理方法，磷化氫能完全吸收，同時，化學(xué)吸收液能夠循環(huán)使用。

一種電化學(xué)輔助化學(xué)吸收磷化氫氣體的方法，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，磷化氫氣體透過氣體擴(kuò)散陽極后進(jìn)入氣體吸收室并融入硫酸銅與離子液體的混合液中，磷化氫與硫酸銅反應(yīng)生成磷酸鹽和銅單質(zhì)；

(2)空氣通過氣體擴(kuò)散陰極擴(kuò)散至陰極電極表面，氧氣組分在陰極負(fù)電勢作用下與陽極傳遞的質(zhì)子結(jié)合還原成雙氧水，進(jìn)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；同時銅單質(zhì)在雙氧水和硫酸的作用下重新生成硫酸銅，再次參與磷化氫的吸收。

本發(fā)明在磷化氫電化學(xué)吸收裝置中，含磷化氫廢氣通過氣體加壓泵壓入，透過氣體擴(kuò)散陽極，大部分磷化氫被化學(xué)吸收劑硫酸銅吸收，生成磷酸和銅，剩余的磷化氫溶入電解液中，空氣通過氣體擴(kuò)散陰極擴(kuò)散至陰極電極表面，氧氣組分在陰極負(fù)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(jìn)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，吸收磷化氫產(chǎn)生的銅單質(zhì)在雙氧水和硫酸的作用下重新生成硫酸銅，再次參與磷化氫的吸收。

電解吸收液中發(fā)生的具體的反應(yīng)式為：

(1)4cuso4+ph3+4h2o→4cu↓+h3po4+4h2so4

(2)o2+2h2o+2e^-→h2o2+2oh^-

(3)h2o2+ph3+2oh^-→hpo3^2-+5h2o

(4)cu+h2o2+h2so4＝cuso4+2h2o

本發(fā)明所述的擴(kuò)散陽極電極可以對含磷化氫的氣體進(jìn)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，使得磷化氫在電解液中能夠被充分吸收。

優(yōu)選地，壓氣泵的氣壓為0.5mpa-1.5mpa。

本發(fā)明中采用硫酸銅與離子液體的混合液作為吸收液，即將硫酸銅溶解在離子液體中，優(yōu)選地，所述混合液中，硫酸銅濃度為0.05mol/l-0.15mol/l。進(jìn)一步優(yōu)選地，硫酸銅濃度為0.08mol/l-0.12mol/l；最優(yōu)選地，硫酸銅濃度為0.1mol/l，合適的硫酸銅濃度能夠保證在吸收高濃度磷化氫時完全吸收。

優(yōu)選地，所述離子液體為氯化鉀離子液體，離子液體具有高導(dǎo)電性，能夠更加高效率的產(chǎn)生雙氧水和硫酸銅，離子液體難揮發(fā)、不燃燒能夠使用與不同溫度下磷化氫的吸收。

氯化鉀離子液體本身為現(xiàn)有技術(shù)，可參照文獻(xiàn)“xianzheshi,lizhenqiao,guowangxu,recentdevelopmentofionicliquidstationaryphasesforliquidchromatography，journalofchromatographya,13(2015),1-15”中公開的方法制備。

優(yōu)選地，控制氣體擴(kuò)散陰極的電流密度為100a/m²-300a/m²。進(jìn)一步優(yōu)選電電流密度為180～220a/m²；最優(yōu)選為200a/m²，合適的電流密度能夠保證高濃度的雙氧水的生成，高濃度的雙氧水能夠吸收磷化氫的同時在和硫酸作用下快速的重新生成硫酸銅

本發(fā)明還提供一種電化學(xué)輔助化學(xué)吸收磷化氫氣體的裝置，本發(fā)明的方法優(yōu)選通過該裝置實現(xiàn)，包括套筒式反應(yīng)器，所述套筒式反應(yīng)器內(nèi)由內(nèi)至外依次為氣體加壓室，氣體擴(kuò)散陽極電極、氣體吸收室和氣體擴(kuò)散陰極電極；所述氣體加壓室?guī)в羞M(jìn)氣口；所述氣體擴(kuò)散陽極電極與氣體擴(kuò)散陰極電極之間通過導(dǎo)線連接并連接蓄電池。

優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散陽極電極和氣體擴(kuò)散陰極電極的厚度均為0.5mm～2mm。進(jìn)一步優(yōu)選為0.5～1mm；最優(yōu)選為1mm。

優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散陽極電極和氣體擴(kuò)散陰極電極之間的間距為5cm～50cm。進(jìn)一步優(yōu)選，所述氣體擴(kuò)散陽極電極和氣體擴(kuò)散陰極電極之間的間距為10～15cm；；最優(yōu)選，所述氣體擴(kuò)散陽極電極和氣體擴(kuò)散陰極電極之間的間距為10cm，合適的電極間距能夠減小反應(yīng)器的電阻，增加硫酸銅的生成速率，較少能耗。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散陽極電極為多層電極，層數(shù)為1-3層。進(jìn)一步優(yōu)選，所述的陽極電極層數(shù)為3層，合適的電極數(shù)量能夠充分分散氣體的流量，增加溶解性提升吸收效果。當(dāng)電極為多層時，氣體擴(kuò)散陽極電極和氣體擴(kuò)散陰極電極之間的間距是指距離最近的間距。

優(yōu)選地，所述套筒式反應(yīng)器的高徑比為3:1～10:1。進(jìn)一步優(yōu)選為4～6:1；最優(yōu)選為5:1。高徑比中的徑是指反應(yīng)器的最外層內(nèi)徑。

所述氣體擴(kuò)散陽極和氣體擴(kuò)散陰極本身為現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散陽極由活性炭與炭黑按質(zhì)量比1:2～1:5制備得到；進(jìn)一步優(yōu)選地，活性炭與炭黑比例為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?jǐn)U散陽極電極優(yōu)良的透氣性。

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?jǐn)嚢?h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(tuán)狀，接著通過輥壓機(jī)將面團(tuán)狀的混合物壓制在不銹鋼網(wǎng)上制得厚度為1mm的擴(kuò)散電極，最后在340℃下煅燒20分鐘后制得氣體擴(kuò)散電極。

陰極電極在硫酸鎳溶液中通過線性循環(huán)伏安法在電極表面沉積鎳，陽極電極在三氯化釕通過線性循環(huán)伏安法在電極表面沉積釕。

綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點是利用硫酸銅溶液吸收磷化氫，將氣態(tài)的磷化氫轉(zhuǎn)換為液態(tài)的磷酸鹽，同時生成的銅單質(zhì)在電化學(xué)作用下重新生成硫酸銅，無二次污染，是一項高效，對保護(hù)人體健康和大氣環(huán)境都具有積極意義的發(fā)明。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明的優(yōu)點是實現(xiàn)磷化氫廢氣的完全吸收，并且吸收液硫酸銅在電化學(xué)產(chǎn)生的雙氧水和硫酸作用下能夠重復(fù)循環(huán)利用，無二次污染的產(chǎn)生。

(2)本發(fā)明的電化學(xué)裝置在離子液體中能產(chǎn)生高濃度的雙氧水，在雙氧水和硫酸銅的雙重吸收下能夠保證高濃度的磷化氫的完全吸收。

(3)本發(fā)明利用離子液體作為電解液，不揮發(fā)、不可燃、導(dǎo)電性強(qiáng)，增加了整個裝置的安全性。

(4)本發(fā)明適用范圍廣，可以適用于不同規(guī)模不同濃度的磷化氫氣體。

(5)本發(fā)明裝置能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械電子化操作，降低了人員工作強(qiáng)度，提升了對人員的安全防護(hù)，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。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的吸收裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中所示附圖標(biāo)記如下：

1-進(jìn)氣口2-氣體加壓室3-氣體吸收室

4-陰極電極5-陽極電極

具體實施方式

如圖1所示，

一種磷化氫氣體的吸收裝置，包括套筒式反應(yīng)器，套筒式反應(yīng)器內(nèi)由內(nèi)至外依次為氣體加壓室2、陽極電極5、氣體吸收室3和陰極電極4，陽極電極為多層電極設(shè)置，本實施方式中設(shè)置三層，氣體加壓室?guī)в羞M(jìn)氣口1，陽極電極和陰極電極通過導(dǎo)線連接并串接電源，氣體吸收室內(nèi)盛裝硫酸銅與氯化鉀離子液體的混合液、頂部敞口。

陽極電極為氣體擴(kuò)散陽極，陰極電極為氣體擴(kuò)散陰極，氣體擴(kuò)散陽極電極和氣體擴(kuò)散陰極電極的厚度均為0.5mm～2mm；氣體擴(kuò)散陽極電極和氣體擴(kuò)散陰極電極之間的間距為5cm～50cm；套筒式反應(yīng)器的高徑比為3:1～10:1。

采用吸收裝置進(jìn)行的實施例如下所示：

實施例1

電化學(xué)吸收器：直徑50cm，高200cm，陽極電極按照活性炭與炭黑為1:2的比例制作，電極間距為15cm，每層電極厚度為0.5mm。電解液為0.05mol/l的硫酸銅溶液(溶劑為氯化鉀離子液體)。

打開電源，控制陰極電流密度為100a/m²，打開磷化氫尾氣加壓泵。磷化氫尾氣(1000ppm)壓入氣體加壓室(1.0mpa)后透過陽極電極擴(kuò)散，溶入電解洗手液中，與硫酸銅反應(yīng)生成磷酸鹽，同時陰極電極附件產(chǎn)生大量的雙氧水，雙氧水與電解吸收液中殘余的磷化氫反應(yīng)，并且無沉淀產(chǎn)生，上方的磷化氫檢測器顯示讀書為0ppm。磷化氫廢氣通過化學(xué)吸收劑和電化學(xué)產(chǎn)生的雙氧水共同作用實現(xiàn)磷化氫的完全去除。經(jīng)過200小時的長期運行，尾氣中依然檢測不到磷化氫的存在，表明吸收液能夠重復(fù)循環(huán)的使用，長期有效。

實施例2

電化學(xué)吸收器：直徑50cm，高250cm，陽極電極按照活性炭與炭黑為1:4的比例制作，電極間距為10cm，每層電極厚度為1mm，。電解液為0.1mol/l的硫酸銅溶液(溶劑為氯化鉀離子液體)。

打開電源，控制陰極電流密度為200a/m²，打開磷化氫尾氣加壓泵。磷化氫尾氣(2000ppm)壓入氣體加壓室(1.0mpa)后透過陽極電極擴(kuò)散，溶入電解洗手液中，與硫酸銅反應(yīng)生成磷酸鹽，同時陰極電極附件產(chǎn)生大量的雙氧水，雙氧水與電解吸收液中殘余的磷化氫反應(yīng)，并且無沉淀產(chǎn)生，上方的磷化氫檢測器顯示讀書為0ppm。磷化氫廢氣通過化學(xué)吸收劑和電化學(xué)產(chǎn)生的雙氧水共同作用實現(xiàn)磷化氫的完全去除。經(jīng)過400小時的長期運行，尾氣中依然檢測不到磷化氫的存在，表明吸收液能夠重復(fù)循環(huán)的使用，長期有效

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