本實(shí)用新型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(wú)色、劇毒、易燃的氣體，主要產(chǎn)生于糧食倉(cāng)庫(kù)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(guò)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(shí)，人可嗅到其氣味；當(dāng)其在空氣中濃度為超過(guò)9.7mg/m³時(shí)，可致人中毒；當(dāng)其在空氣中濃度為550～830mg/m³時(shí)，人接觸后會(huì)在0.5～1.0小時(shí)內(nèi)會(huì)發(fā)生死亡；當(dāng)其在空氣中濃度超過(guò)2798mg/m³時(shí)，可使人迅速致死。為了防止含有磷化氫氣體的混合氣體對(duì)環(huán)境的污染和生物的毒害，排放前必須對(duì)磷化氫氣體進(jìn)行處理。

目前現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)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(guò)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(jí)的磷酸，但此方法的缺點(diǎn)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(duì)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(diǎn)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(duì)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(wú)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。

公開號(hào)CN 103551031A的中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)文獻(xiàn)公開了一種一種電化學(xué)協(xié)同液相催化氧化凈化磷硫氰的方法及裝置，通過(guò)電化學(xué)氧化、催化劑催化氧化的共同作用將含磷、硫、氰中的一種或多種的混合氣進(jìn)行處理，處理后磷、硫、氰分別被氧化為磷酸、單質(zhì)硫、二氧化碳和氮?dú)饣虬睔?，但是該方法的吸收中需要添加重金屬，不僅會(huì)增加成本，吸收廢液難處理。只經(jīng)過(guò)一次吸收難以保證吸收效果，陽(yáng)極電極產(chǎn)生氧氣有限，只適用低濃度的氣體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實(shí)用新型提出了一種磷化氫氣體的電化學(xué)處理裝置，采用本實(shí)用新型設(shè)備，使得排放的磷化氫廢氣完全吸收降解，實(shí)現(xiàn)磷化氫“零”含量排放，同時(shí)避免傳統(tǒng)化學(xué)吸收方法中所需的大量化學(xué)氧化劑，避免了二次污染。

一種磷化氫氣體的電化學(xué)處理裝置，包括反應(yīng)室，還包括：

水平設(shè)于所述反應(yīng)室內(nèi)的至少一層氣體擴(kuò)散陽(yáng)極，底層氣體擴(kuò)散陽(yáng)極的下方為氣體加壓室、上方為電化學(xué)吸收室；

設(shè)于所述電化學(xué)吸收室內(nèi)的網(wǎng)狀陰極和曝氣裝置，所述網(wǎng)狀陰極與氣體擴(kuò)散陽(yáng)極通過(guò)導(dǎo)線外接電源；

以及設(shè)于所述氣體加壓室上的進(jìn)氣口，該進(jìn)氣口的外接管路上設(shè)置氣體加壓設(shè)備。

多層氣體擴(kuò)散陽(yáng)極之間并聯(lián)，所述加壓設(shè)備可以采用加壓泵或增壓風(fēng)機(jī)等常規(guī)加壓設(shè)備，本實(shí)用新型在磷化氫電化學(xué)吸收室中，含磷化氫廢氣通過(guò)氣體加壓泵壓入，透過(guò)氣體擴(kuò)散陽(yáng)極，大部分磷化氫在外加電源正電勢(shì)作用下，在陽(yáng)極/電解液界面被氧化成磷酸鹽，剩余磷化氫溶入電解液；電解液中通入空氣，氧氣組分在陰極負(fù)電勢(shì)作用下與陽(yáng)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(shí)現(xiàn)磷化氫完全吸收降解。

陽(yáng)極/電解液界面發(fā)生的具體的反應(yīng)式為：

(1)PH₃+4H₂O→PO₄^3-+11H⁺+8e^-

陰極電極發(fā)生的具體的反應(yīng)式為：

(2)O₂+2H₂O+2e^-→H₂O₂+2OH^-

(3)H₂O₂+PH₃+2OH^-→HPO₃^2-+5H₂O。

所述氣體加壓室和電化學(xué)吸收室之間通過(guò)氣體擴(kuò)散陽(yáng)極和對(duì)應(yīng)的支撐材料隔離；氣體擴(kuò)散陽(yáng)極電極可以使磷化氫氣體自由的通入磷化氫電化學(xué)吸收室，同時(shí)可以杜絕磷化氫電化學(xué)吸收室中的電解液滲透。

優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散陽(yáng)極由炭黑與活性炭滾壓在網(wǎng)狀金屬材料上制備而成，活性炭與炭黑的比例為1:2～1:5，氣體擴(kuò)散陽(yáng)極的厚度為0.5mm～2mm。

進(jìn)一步優(yōu)選，活性炭與炭黑比例為1:2～3；更進(jìn)一步優(yōu)選為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(shí)能夠保持?jǐn)U散陽(yáng)極電極優(yōu)良的透氣性。

以最優(yōu)比例為例，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(guò)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的陽(yáng)極電極，最后在340℃下煅燒20分鐘后制得氣體擴(kuò)散陽(yáng)極。

氣體擴(kuò)散陽(yáng)極的制備本身可采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，只是在上述制備方法下制備的陽(yáng)極性能更好。

優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散陽(yáng)極設(shè)置為層數(shù)為1～5層，相鄰氣體擴(kuò)散陽(yáng)極之間的間距為5cm～30cm。本實(shí)用新型所述的多層擴(kuò)散陽(yáng)極電極可以對(duì)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，使得磷化氫在陽(yáng)極/電解液界面能夠被充分吸收。多層陽(yáng)極的設(shè)置還可以利用不同層數(shù)的陽(yáng)極適應(yīng)不同濃度的氣體。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散陽(yáng)極設(shè)置為層數(shù)為3～5層，相鄰氣體擴(kuò)散陽(yáng)極之間的間距為10cm～20cm，單層氣體擴(kuò)散陽(yáng)極的厚度為0.8～1.2mm。

更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣體擴(kuò)散陽(yáng)極設(shè)置為層數(shù)為5層，相鄰氣體擴(kuò)散陽(yáng)極之間的間距為20cm，單層氣體擴(kuò)散陽(yáng)極的厚度為1mm。

進(jìn)一步優(yōu)選地，還設(shè)有用于支撐底層氣體擴(kuò)散陽(yáng)極的支撐架。

優(yōu)選地，所述電化學(xué)反應(yīng)室內(nèi)且位于氣體擴(kuò)散陽(yáng)極和網(wǎng)狀陰極之間設(shè)有隔層，所述曝氣裝置位于所述隔層與網(wǎng)狀陰極之間。進(jìn)一步優(yōu)選，所述隔層為無(wú)紡布。

隔層位于陰極電極和陽(yáng)極電極之間，隔層材料為無(wú)紡布，可以保證空氣不會(huì)擴(kuò)散到陽(yáng)極，從而避免影響陽(yáng)極的磷化氫的吸收性能，同時(shí)其價(jià)格低廉，還可以分散磷化氫，提高陰極的吸收效率。

進(jìn)一步地，所述曝氣裝置為微孔曝氣器，曝氣方式為微孔爆氣。能夠增加空氣的利用率，提高陰極的雙氧水產(chǎn)率。

優(yōu)選地，所述網(wǎng)狀陰極為鎳網(wǎng)，鈦網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)，目數(shù)為100-150目；進(jìn)一步優(yōu)選為100-150目的不銹鋼網(wǎng)；最優(yōu)選為150目的不銹鋼網(wǎng)。進(jìn)一步地，所述網(wǎng)狀陰極覆蓋反應(yīng)室內(nèi)的整個(gè)橫截面。能高效的利用空氣中的氧氣組分與質(zhì)子結(jié)合產(chǎn)生雙氧水，并且不銹鋼網(wǎng)造價(jià)低廉，具有良好導(dǎo)電性能可在實(shí)際應(yīng)用中擴(kuò)大化利用。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)室頂部設(shè)有磷化氫檢測(cè)器。用于檢測(cè)處理后尾氣中磷化氫的濃度。

進(jìn)一步地，設(shè)置在所述電化學(xué)吸收室內(nèi)的電解液的上方。

所述電化學(xué)吸收室反應(yīng)器的高徑比為1:1～5:1。進(jìn)一步優(yōu)選，所述反應(yīng)器的高徑比為2～3:1，最優(yōu)選為3:1。

優(yōu)選地，所述氣體加壓室和磷化氫電化學(xué)吸收室依次從下往上排布，所述氣體加壓室和磷化氫電化學(xué)吸收室的體積比為1:1～1:10；進(jìn)一步優(yōu)選，氣體加壓室和磷化氫電化學(xué)吸收室的體積比為1:1～1:5；最優(yōu)選為1:5。

利用本實(shí)用新型電化學(xué)處理裝置進(jìn)行磷化氫尾氣吸收的方法包括如下步驟：

(1)通過(guò)加壓氣泵將磷化氫尾氣壓入氣體加壓室中，氣壓為0.5MPa-1.5MPa.

(2)磷化氫尾氣透過(guò)氣體擴(kuò)散陽(yáng)極，在陽(yáng)極/電解液界面被氧化成磷酸鹽，剩余磷化氫溶入電解液中；

(3)電解液中通入空氣，氧氣組分在網(wǎng)狀陰極負(fù)電勢(shì)作用下與氣體擴(kuò)散陽(yáng)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，實(shí)現(xiàn)磷化氫完全吸收降解。

優(yōu)選地，電化學(xué)吸收室的陽(yáng)極電流密度為在100A/m²–300A/m²；電化學(xué)吸收室中電解液為氫氧化鉀或者氫氧化鈉，電解液濃度為1mol/L-5mol/L。

合適的電流密度能夠保證有效的氧化磷化氫；合適的堿度能夠保證電解液的同時(shí)能夠促進(jìn)磷化氫的吸收。

進(jìn)一步優(yōu)選地，電化學(xué)吸收室的陽(yáng)極電流密度為在150A/m²–250A/m²；電化學(xué)吸收室中電解液為氫氧化鉀溶液，濃度為2mol/L-4mol/L。

更進(jìn)一步優(yōu)選地，電化學(xué)吸收室的陽(yáng)極電流密度為在180A/m²–220A/m²；電化學(xué)吸收室中電解液為氫氧化鉀溶液，濃度為2.5mol/L-3.5mol/L。

最優(yōu)選地，電化學(xué)吸收室的陽(yáng)極電流密度為在200A/m²；電化學(xué)吸收室中電解液為氫氧化鉀溶液，濃度為3mol/L。

本實(shí)用新型利用多層擴(kuò)散陽(yáng)極的電化學(xué)氧化磷化氫，將氣態(tài)的磷化氫轉(zhuǎn)換為液態(tài)的磷酸鹽，無(wú)二次污染，是一項(xiàng)高效，對(duì)保護(hù)人體健康和大氣環(huán)境都具有積極意義的實(shí)用新型。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果：

(1)本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)磷化氫廢氣的完全吸收，并且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

(2)本實(shí)用新型適用范圍廣，可以適用于不同規(guī)模不同濃度的磷化氫氣體；本實(shí)用新型的方法適用于濃度在0ppm～20000ppm的磷化氫尾氣的處理，均能達(dá)到完全吸收的目的。

(3)本實(shí)用新型裝置能夠通過(guò)控制電源改變陽(yáng)極電流密度實(shí)現(xiàn)機(jī)械電子化操作，降低了人員工作強(qiáng)度，提升了對(duì)人員的安全防護(hù)，整個(gè)裝置及工藝安全有效，簡(jiǎn)單可行，可工程放大，徹底地解決了磷化氫吸收難題。

(4)不添加任何化學(xué)試劑，陽(yáng)極可以保證吸收效果，可以利用不同層數(shù)的陽(yáng)極可以適應(yīng)不同濃度的氣體，陰極產(chǎn)生雙氧水可以保證吸收效果。

(5)本實(shí)用新型的氣體吸收發(fā)生在陽(yáng)極電極/電解液界面，能夠快速有效的吸收，除此之外，陰極產(chǎn)生的雙氧水能夠吸收殘余的低濃度的磷化氫氣體，確保氣體的完全吸收。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中所示附圖標(biāo)記如下：

1-氣體加壓室 2-支撐架 3-電化學(xué)吸收室

4-隔層 5-曝氣裝置 6-磷化氫檢測(cè)器

7-網(wǎng)狀陰極 8-電源 9-氣體擴(kuò)散陽(yáng)極

10-氣體進(jìn)口。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種磷化氫氣體的電化學(xué)處理裝置，包括反應(yīng)室，反應(yīng)室內(nèi)由氣體擴(kuò)散陽(yáng)極9及對(duì)應(yīng)的支撐架2分隔為上下兩個(gè)反應(yīng)腔，位于氣體擴(kuò)散陽(yáng)極下方的空間為氣體加壓室1，氣體加壓室?guī)в羞M(jìn)氣口10，進(jìn)氣口10的外接管路上設(shè)置加壓泵(圖中未示出)，位于氣體擴(kuò)散陽(yáng)極上方的空間為電化學(xué)吸收室3，電化學(xué)吸收室內(nèi)盛裝電解液，電解液液面上方設(shè)置磷化氫檢測(cè)器6。

氣體擴(kuò)散陽(yáng)極6設(shè)置為1～5層，所有氣體擴(kuò)散陽(yáng)極之間并聯(lián)，支撐架2用于支撐底層陽(yáng)極相鄰陽(yáng)極之間的間距為5cm～30cm，進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)置為15cm～25cm；單層陽(yáng)極的厚度為0.5mm～2mm，進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)置為0.8～1.2mm。本實(shí)施方式中，最優(yōu)選的設(shè)置為：氣體擴(kuò)散陽(yáng)極設(shè)置為層數(shù)為3層，相鄰氣體擴(kuò)散陽(yáng)極之間的間距為20cm，單層氣體擴(kuò)散陽(yáng)極的厚度為1mm。

電化學(xué)吸收室內(nèi)還設(shè)有水平設(shè)置的網(wǎng)狀陰極7，網(wǎng)狀陰極可采用鎳網(wǎng)，鈦網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)，目數(shù)為100-150目；本實(shí)施方式中優(yōu)選為100～150目的不銹鋼網(wǎng)，網(wǎng)狀陰極覆蓋反應(yīng)室的整個(gè)橫截面。

氣體擴(kuò)散陽(yáng)極9和網(wǎng)狀陰極7之間通過(guò)導(dǎo)線連接電源8的正負(fù)極，電化學(xué)吸收室內(nèi)且位于網(wǎng)狀陰極和氣體擴(kuò)散陽(yáng)極之間設(shè)置隔層4，本實(shí)施方式中，隔層為無(wú)紡布，曝氣裝置5設(shè)置在隔層與網(wǎng)狀陰極之間，防止空氣進(jìn)入陽(yáng)極電極，本實(shí)施方式中，曝氣裝置采用微孔曝氣器。

本實(shí)施方式中，氣體擴(kuò)散陽(yáng)極由如下方法制備：

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(guò)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的陽(yáng)極電極，最后在340℃下煅燒20分鐘后制得氣體擴(kuò)散陽(yáng)極。

采用上述裝置進(jìn)行磷化氫尾氣處理的方法如下：

(1)通過(guò)加壓氣泵將磷化氫尾氣壓入氣體加壓室中，氣壓為0.5MPa-1.5MPa.

(2)磷化氫尾氣透過(guò)氣體擴(kuò)散陽(yáng)極，在陽(yáng)極/電解液界面被氧化成磷酸鹽，剩余磷化氫溶入電解液中；

(3)電解液中通入空氣，氧氣組分在網(wǎng)狀陰極負(fù)電勢(shì)作用下與氣體擴(kuò)散陽(yáng)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，實(shí)現(xiàn)磷化氫完全吸收降解。

電化學(xué)吸收室內(nèi)盛裝電解液，電解液采用氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液濃度為2mol/L-4mol/L；電化學(xué)吸收室的陽(yáng)極電流密度為在150A/m²–250A/m²。

實(shí)施例1

電化學(xué)吸收器：直徑50cm，高150cm，陽(yáng)極電極(活性炭與炭黑比例為1:2)電極層數(shù)為3層，電極間距為10cm，每層電極厚度為0.5mm，陰極電極為100目的不銹鋼網(wǎng)。電解液為1mol/L的氫氧化鈉溶液。

打開電源，控制陽(yáng)極電流密度為100A/m²，打開空氣曝氣裝置和尾氣加壓泵。磷化氫尾氣(1000ppm)壓入氣體擴(kuò)散室(1.0MPa)后依次透過(guò)多層擴(kuò)散陽(yáng)極電極，在每一層陽(yáng)極/電解液界面被氧化成磷酸鹽，同時(shí)陰極電極附件產(chǎn)生大量的雙氧水，雙氧水與經(jīng)過(guò)陽(yáng)極電極和無(wú)紡布擴(kuò)散后殘余的磷化氫被化學(xué)吸收，上方的磷化氫檢測(cè)器顯示讀數(shù)為0ppm。磷化氫廢氣通過(guò)多層擴(kuò)散陽(yáng)極和雙氧水的共同左右實(shí)現(xiàn)磷化氫的完全去除。

實(shí)施例2

電化學(xué)吸收器：直徑30cm，高100cm，陽(yáng)極電極(活性炭與炭黑比例為1:4)電極層數(shù)為5層，電極間距為20cm，每層電極厚度為1mm，陰極電極為160目的不銹鋼網(wǎng)。電解液為3mol/L的氫氧化鈉溶液。

打開電源，控制陽(yáng)極電流密度為200A/m²，打開空氣曝氣裝置和尾氣加壓泵。磷化氫尾氣(20000ppm)壓入氣體擴(kuò)散室(0.5MPa)后依次透過(guò)多層擴(kuò)散陽(yáng)極電極，在每一層陽(yáng)極/電解液界面被氧化成磷酸鹽，同時(shí)陰極電極附件產(chǎn)生大量的雙氧水，雙氧水與經(jīng)過(guò)陽(yáng)極電極和無(wú)紡布擴(kuò)散后殘余的磷化氫被化學(xué)吸收，上方的磷化氫檢測(cè)器顯示讀數(shù)為0ppm。磷化氫廢氣通過(guò)多層擴(kuò)散陽(yáng)極和雙氧水的共同左右實(shí)現(xiàn)磷化氫的完全去除。

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