二氧化硫在海水中電離平衡常數(shù)的研究

1、二氧化硫在海水中電離平衡常數(shù)的研究盧鳳菊1，沈伯雄1，李永旺2，張笑3，苑鵬1，梅雪1(1.河北工業(yè)大學(xué)，天津300401；2.中國(guó)博奇環(huán)?？萍迹毓桑┯邢薰?，北京100000；3.南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津300071）[摘要]海水的天然堿性及酸堿緩沖能力使其具有吸收煙氣中二氧化硫的能力，而二氧化硫在海水體系中的電離平衡是決定海水對(duì)二氧化硫吸附容量的重要因素。本文模擬海水脫硫過(guò)程，采用滴定法，探究了海，水pH、鹽度、溫度對(duì)二氧

2、化硫在海水中電離平衡的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明海水pH對(duì)其影響最為顯著。利用回歸分析建立模型，擬合了二氧化硫在海水體系中的電離平衡三元方程，相關(guān)性系數(shù)R2可達(dá)0.9666。該方程一定程度上為海水脫硫工業(yè)化應(yīng)用參數(shù)的設(shè)置提供了理論參考。[關(guān)鍵詞]二氧化硫；電離平衡常數(shù)；海水脫硫；溫度；鹽度；pH[中圖分類(lèi)號(hào)]O0642[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]Studyontheionizationequilibriumconstantofsulfurd

3、ioxideinseawaterLuFengju1ShenBoxiong1LIYongwang2ZHANGXiao3YUANPeng1MEIXue1(1.HebeiUniversityofTechnologyTianjin300401China2.ChinaBoqiEnvironmentalSolutionsTechnology(Holding)Co.LtdBeijing100000China3.NankaiUniversityTian

4、jin300071China)Abstract:Naturalalkalinityacidbasebufferingcapacityofseawatermakeithastheabilitytoabsbsulfurdioxideinfluegas.Howevertheionizationequilibriumofsulfurdioxideinseawatersystemisanimptantfacttodeterminetheadspt

5、ioncapacityofseawateronsulfurdioxide.thispapersimulateseawaterdesulfurizationprocessusetitrationmethodtostudytheeffectsofpHsalinitytemperatureontheionizationequilibriumofsulfurdioxideinseawater.ResultsofstudyshowsthatpHh

6、asthemostsignificantinfluenceontheseawater.Usingregressionanalysistoestablishthemodelacubicequationoftheionizationequilibriumfsulfurdioxidebefittedinseawatersystem.itcreiationcoefficientR2being0.9666Theequationprovidesat

7、heeticalreferenceftheindustrialprocessparametersettingofseawaterdesulfurizationtoacertainextent.Keywds:SulfurdioxideIonizationequilibriumconstantSeawaterdesulphurizationTemperatureSalinitypH收稿日期：基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（51541602）；海

8、外青年基金（51550110237）作者簡(jiǎn)介：盧鳳菊(1991—)，女，研究生，研究方向：大氣污染控制及排放污染控制海水脫硫工藝具有節(jié)約淡水，無(wú)污染，流程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[12]，得到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。比如，在上世紀(jì)七十年代，美國(guó)、英國(guó)、馬來(lái)西亞等國(guó)家已開(kāi)始海水脫硫的研發(fā)[3]。我國(guó)的海岸線(xiàn)長(zhǎng)，布置于海邊的電廠(chǎng)有一定數(shù)量，近年來(lái)也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了海水脫硫工藝的研發(fā)與應(yīng)用[45]。盡管海水脫硫技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，但針對(duì)二氧化硫在海水溶液中基礎(chǔ)分析的報(bào)道很

9、少。Rabindra等[6]和FRANKJ等[7]早期開(kāi)展了金屬離子（Ni2，Co2，Mn2和Cd2）及離子強(qiáng)度和溫度對(duì)H2SO3二級(jí)電離的影響實(shí)驗(yàn)，分別得到離子強(qiáng)度和溫度對(duì)平衡常數(shù)影響的經(jīng)驗(yàn)方程。本文擬采用滴定法，探究海水溫度、pH值和鹽度三因素對(duì)二氧化硫在海水中的電離平衡的影響，并進(jìn)行回歸分析以建立模型，為實(shí)現(xiàn)海水煙氣脫硫的進(jìn)一步數(shù)值模擬研究提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1實(shí)驗(yàn)裝置及流程1.1人工海水配制參考傳統(tǒng)人工海水配方[8]，結(jié)合海水通

10、用成分來(lái)配制模擬實(shí)驗(yàn)的人工海水，其成分如表1所示。配制人工海水前的所有鹽沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理，均為分析純?cè)噭?，采?gòu)于天津市化學(xué)試劑供銷(xiāo)公司和天津市奉化化學(xué)試劑科技有限公司。表1人工海水配方人工海水配方molL；V1——氯化鋇標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；C2——EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，molL；V2——測(cè)定樣品時(shí)消耗EDTA溶液的體積，mL；V0——測(cè)鈣鎂總量時(shí)，5.0ml試樣所消耗EDTA溶液的體積，mL.得到水樣中原有的亞硫酸氫根含量為：[HSO3

11、]=總硫含量[SO32](4)繼而根據(jù)公式（1）計(jì)算出二氧化硫在人工海水中的二級(jí)電離常數(shù)。2結(jié)果與討論本實(shí)驗(yàn)主要研究溫度、鹽度、pH三個(gè)參數(shù)對(duì)電離平衡常數(shù)的影響，采用控制單一變量法，滴定實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前需要做如下兩步準(zhǔn)備工作。首先，氣體的通入量影響著溶液的pH值，先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)研究通入氣體的量與海水pH的關(guān)系。將體積分?jǐn)?shù)為5%的二氧化硫氣體以0.2Lmin流量通入500mL海水溶液中，直至達(dá)到飽和，測(cè)定人工海水中溶液pH與通入量的關(guān)系。圖2結(jié)果

12、表明，隨著二氧化硫氣體的通入，海水的pH值不斷降低，直到二氧化硫在海水中溶解至飽和，20min達(dá)飽和終點(diǎn)pH約為2.50。其次，探究溫度對(duì)電離平衡常數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)是在控制pH和鹽度不變、改變溫度的條件下進(jìn)行的，考慮到溫度的改變會(huì)對(duì)pH和鹽度產(chǎn)生一定的影響，分別探究溫度對(duì)pH和鹽度影響。從圖3中可以看出，當(dāng)系統(tǒng)的溫度改變時(shí)，其pH和鹽度會(huì)有一點(diǎn)的波動(dòng)變化，但變化不大，在溫度變化范圍20℃至60℃時(shí)，pH變化范圍2.43到2.35小于0.1

13、的pH單位，鹽度變化范圍34.6‰到35.5‰在實(shí)驗(yàn)允許的誤差內(nèi)，可以忽略溫度改變而帶來(lái)的pH和鹽度的變化[7]。因此實(shí)驗(yàn)中采用單一變量法探究三因素對(duì)電離平衡的影響。圖2二氧化硫的通入量與海水pH的關(guān)系Fig.2RelationshipbetweentheamountofsulfurdioxidethepHofseawater圖3溫度對(duì)pH及鹽度的影響Fig.3EffectsoftemperatureonpHsalinity2.1pH對(duì)

14、電離平衡常數(shù)的影響圖4為不同pH體系中亞硫酸平衡體系中各離子濃度，亞硫酸根離子濃度隨pH升高而增加，亞硫酸氫根濃度隨pH升高而降低，該結(jié)論與王亮[12]等人的研究相吻合。同時(shí)，二氧化硫在海水中的二級(jí)電離平衡常數(shù)則隨pH增加而降低（如圖5所示）。一方面，隨著二氧化硫的通入，生成H2SO3，立即電離，得到HSO3離子和氫離子。根據(jù)勒夏特列原理[13]，在已經(jīng)平衡的反應(yīng)中，改變參加反應(yīng)的物質(zhì)濃度，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)，因此反應(yīng)