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，天津300401；2.中國博奇環(huán)?？萍迹毓桑┯邢薰荆本?00000；3.南開大學環(huán)境科學與工程學院，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二氧化硫吸附容量的重要因素。本文模擬海水脫硫過程，采用滴定法，探究了海，水pH、鹽度、溫度對二氧

2、化硫在海水中電離平衡的影響規(guī)律。實驗結果表明海水pH對其影響最為顯著。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，相關性系數(shù)R2可達0.9666。該方程一定程度上為海水脫硫工業(yè)化應用參數(shù)的設置提供了理論參考。[關鍵詞]二氧化硫；電離平衡常數(shù)；海水脫硫；溫度；鹽度；pH[中圖分類號]O0642[文獻標識碼]A[文章編號]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：基金項目：國家自然科學基金（51541602）；海

8、外青年基金（51550110237）作者簡介：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，無污染，流程簡單等優(yōu)點[12]，得到國內外的廣泛關注。比如，在上世紀七十年代，美國、英國、馬來西亞等國家已開始海水脫硫的研發(fā)[3]。我國的海岸線長，布置于海邊的電廠有一定數(shù)量，近年來也已經實現(xiàn)了海水脫硫工藝的研發(fā)與應用[45]。盡管海水脫硫技術已經產業(yè)化，但針對二氧化硫在海水溶液中基礎分析的報道很

9、少。Rabindra等[6]和FRANKJ等[7]早期開展了金屬離子（Ni2，Co2，Mn2和Cd2）及離子強度和溫度對H2SO3二級電離的影響實驗，分別得到離子強度和溫度對平衡常數(shù)影響的經驗方程。本文擬采用滴定法，探究海水溫度、pH值和鹽度三因素對二氧化硫在海水中的電離平衡的影響，并進行回歸分析以建立模型，為實現(xiàn)海水煙氣脫硫的進一步數(shù)值模擬研究提供必要的基礎數(shù)據。1實驗裝置及流程1.1人工海水配制參考傳統(tǒng)人工海水配方[8]，結合海水通

10、用成分來配制模擬實驗的人工海水，其成分如表1所示。配制人工海水前的所有鹽沒有經過處理，均為分析純試劑，采購于天津市化學試劑供銷公司和天津市奉化化學試劑科技有限公司。表1人工海水配方人工海水配方molL；V1——氯化鋇標準溶液的體積，mL；C2——EDTA標準溶液的濃度，molL；V2——測定樣品時消耗EDTA溶液的體積，mL；V0——測鈣鎂總量時，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)繼而根據公式（1）計算出二氧化硫在人工海水中的二級電離常數(shù)。2結果與討論本實驗主要研究溫度、鹽度、pH三個參數(shù)對電離平衡常數(shù)的影響，采用控制單一變量法，滴定實驗開始前需要做如下兩步準備工作。首先，氣體的通入量影響著溶液的pH值，先進行實驗來研究通入氣體的量與海水pH的關系。將體積分數(shù)為5%的二氧化硫氣體以0.2Lmin流量通入500mL海水溶液中，直至達到飽和，測定人工海水中溶液pH與通入量的關系。圖2結果

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達飽和終點pH約為2.50。其次，探究溫度對電離平衡常數(shù)的影響。實驗是在控制pH和鹽度不變、改變溫度的條件下進行的，考慮到溫度的改變會對pH和鹽度產生一定的影響，分別探究溫度對pH和鹽度影響。從圖3中可以看出，當系統(tǒng)的溫度改變時，其pH和鹽度會有一點的波動變化，但變化不大，在溫度變化范圍20℃至60℃時，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‰在實驗允許的誤差內，可以忽略溫度改變而帶來的pH和鹽度的變化[7]。因此實驗中采用單一變量法探究三因素對電離平衡的影響。圖2二氧化硫的通入量與海水pH的關系Fig.2RelationshipbetweentheamountofsulfurdioxidethepHofseawater圖3溫度對pH及鹽度的影響Fig.3EffectsoftemperatureonpHsalinity2.1pH對

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，該結論與王亮[12]等人的研究相吻合。同時，二氧化硫在海水中的二級電離平衡常數(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。根據勒夏特列原理[13]，在已經平衡的反應中，改變參加反應的物質濃度，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動，因此反應