研究生: |
郭貹隆 Sheng-Long Guo |
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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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