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研究生: 郭貹隆
Sheng-Long Guo
論文名稱: 硫離子萃取電化學氧化系統反應器設計及操作分析
The Reactor Design And Operational Analysis For The Extractive-Electrochemical Oxidation Of Sulfide Ion
指導教授: 施顏祥
Yan-Xiang Shi
口試委員: none
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 工程學院 - 化學工程系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2021
畢業學年度: 79
語文別: 中文
論文頁數: 120
中文關鍵詞: 硫離子萃取電化學反應氧化系統反應器反應機構半批次平行網狀電解質
外文關鍵詞: SULFIED-ION, THE-EXTRACTIVE-ELECTROCHEMICAL, OXIDATION, REACTOR, MECHANISM
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  • 硫化氫之處理,可利用鹼性溶液吸收後,再於鹼性溶液內電反應,以便在陽性生成有用之硫磺,在陰極生成高純度之氫氣。然陽極因電解硫磺之吸附,造成電極之鈍化,使反應中止。故需加入有機溶劑於系統中,以利於萃取出陽極上之硫磺,如此形成兩相萃取式電化學反應。此種反應系統之操作,可用電流效率 (ηi)與萃取效率(ηx)相乘積之總電流效率(η0)為參考指標。

    兩相萃取電化學反應,目前有逐漸受重視之趨勢,但其基本現象,並不十分清楚。本文目的即在利用硫離子之電化學氧化萃取反應,來探討此種兩相萃取式電化學反應之行為,同時,建立硫離子萃取電化學反應之反應機構(mechanism),並由該反應機構中,討論系統對總電流效率影響之主要因素.然後利用硫離子反應之特性,並考慮到實際操作之需要,在提升電流效率(ηi)及萃取效率(ηx)之考量下,為了讓電化學反應電流分布均勻,以減少副反應之發生,並讓陽極上之電解硫磺能直接被有機溶劑萃取出,故設計一只半批次平行網狀電極長方形萃取電化學反應器,並建立該反應器之數學模式。由數學模式中,可以決定該反應器系統中,硫離子之質傳係數為(1.07-2.12)×10-4㎝/SEC ,而此種質傳效果,為由三個方向所貢獻★硫離子之擴散作用★電解質之對流作用★有機溶劑對陽極表面之更新作用。且此三部分各自提供約三分之一之質傳效果。

    因該系統涉及兩不可分割之連續反應步驟,故對於該系統操作而言,在短期操作上,可由實驗決定出電化學反應及萃取反應之各自最佳操作條件為Coh-=1n , cs2-<0.2 M, Vapp=1.2VO1t (vs. Pt/Ti) , Fv=75m1/min。然後以硫磺在陽極上之平均覆蓋率(θ)為參考指標。採週期性之萃取操作方式,在萃取時間比(τ)為0.25下,可以得到硫磺之平均覆蓋率為0.55,此時得到電化學反應與萃取反應,此兩連續反應步驟之最佳搭配。如此得到總電流效率達89%,並提升能源效率達3倍以上。

    由於硫磺有溶於鹼性溶液之傾向,故在長期操作上,無可避免地,造成總電流效率(η0) 會隨反應之進行而下降,故為了實際應用之操作目的,於抑制陰極效應之情況下,此系統兩連續反應採最佳控制條件,並利用週期性有機溶劑萃取操作方式,如此可以得到延緩總電流效率(η0)下降之目的,使系統更符合工業使用之目標。


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