2019-10-21 15:45:17

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主要有二氧化硫和三氧化硫,都是呈酸性的气体,二氧化硫主要是燃烧煤所产生的大气污染物,易溶于水,在一定条件下可氧化为三氧化硫,当二氧化硫溶于水中,会形成亚硫酸(酸雨的主要成分)。若把二氧化硫进一步氧化,通常在催化剂如二氧化氮的存在下,便会生成硫酸。这就是对使用这些燃料作为能源的环境效果的担心的原因之一。

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基本信息

  • 中文名

    硫氧化物

  • 外文名

    Sulfur oxides

  • 成分

    二氧化硫和三氧化硫等

  • 体现

    易溶于水

  • 危害

    污染环境

折叠 编辑本段 简介

硫氧化物是硫的氧化合物的总称。通常硫有4种氧化物,即二氧化硫氧化物硫氧化物硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、硫酸酐、三氧化二硫(S2O3)、一氧化硫(SO);此外还有两种过氧化物:七氧化二硫(S2O7)和四氧化硫(SO4)。在大气中比较重要的是SO2和SO3,其混合物用SOX表示。硫氧化物是全球硫循环中的重要化学物质。它与水滴、粉尘并存于大气中,由于颗粒物(包括液态的与固态的)中铁、锰等起催化氧化作用,而形成硫酸雾,严重时会发生煤烟型烟雾事件,如伦敦烟雾事件,或造成酸性降雨。SOX是大气污染环境酸化的主要污染物化石燃料的燃烧和工业废气的排放物中均含有大量SOX。采用燃料脱硫、排烟脱硫等技术来降低或消除硫氧化物(主要是SO2)的排放。也有用高烟囱扩散的方法,使排放源附近的SOX浓度降低,但这会污染远离污染源地区,只是权宜之计。

生活中的硫氧化物主要有SO2和SO3,都是呈酸性的气体,SO2主要是燃烧煤所产生的大气污染物,易溶于水,在一定条件下可硫氧化物硫氧化物氧化为SO3,之后溶于雨水中,就是酸雨了。SO2还是制硫酸的主要原料。大气中的硫氧化物大部分来自煤和石油的燃烧,其余来自自然界中的有机物腐化。硫氧化物对人体的危害主要是刺激人的呼吸系统,吸入后,首先刺激上呼吸道粘膜表层的迷走神经末稍,引起支气管反射性收缩和痉挛,导致咳嗽和呼气道阻力增加,接着呼吸道的抵抗力减弱,诱发慢性呼吸道疾病,甚至引起肺水肿和肺心性疾病。如果大气中同时有颗粒物质存在,颗粒物质吸附了高浓度的硫氧化物、可以进入肺的深部。因此当大气中同时存在硫氧化物和颗粒物质时其危害程度可增加3~4倍。

折叠 编辑本段 结构

以SO2为例对硫氧化物结构进行说明。SO2是一个V型的分子,其对称点群为C2v。硫原子的氧化态为+4,形式电荷为0,被5个电子对包围着,因此可以描述为超价分子。从分子轨道理论的观点来看,可以认为这些价电子大部分都参与形成S-O键。

SO2中的S-O键长(143.1 pm)要比一氧化硫中的S-O键长(148.1 pm)短,而O3中的O-O键长(127.8 pm)则比氧气O2中的O-O键长(120.7 pm)长。SO2的平均键能(548 kJ mol)要大于SO的平均键能(524 kJ mol),而O3的平均键能(297 kJ mol)则小于O2的平均键能(490 kJ mol)。这些证据使化学家得出结论:二氧化硫中的S-O键的键级至少为2,与臭氧中 的O-O键不同,臭氧中的O-O键的键级为1.5。

折叠 编辑本段 用途

折叠 防腐剂

由于二氧化硫的抗菌性质,它有时用作干果、腌渍蔬菜、与经加工处理的肉制品等不同种类的食物中。用来保持水果的外表,或防止食物腐烂。二氧化硫的存在,可以使水果有一种特殊的化学味道、及保持新鲜的外观。

折叠 酿酒

二氧化硫是酿酒时非常有用的化合物,它甚至在所谓的"无硫的"酒中也存在,浓度可达每升10毫克。它作为抗生素和抗氧化剂,防止酒遭到细菌的损坏和氧化。它也帮助把挥发性酸度保持在想要的程度。酒的标签上之所以有"含有亚硫酸盐"等字句,就是因为二氧化硫。根据美国和欧盟的法律,如果酒的SO2浓度低于10ppm,则不需要标示"含有亚硫酸盐"。酒中允许的SO2浓度的上限在美国为350ppm,而在欧盟,红酒为160ppm,白酒为210ppm。如果SO2的浓度很低,那么便很难探测到,但当浓度大于50ppm时,用鼻子就能闻出SO2的气味,用舌头也能品尝出来。

SO2还是酿酒厂卫生的很重要的要素。酿酒厂和设备必须保持十分清洁,且因为漂白剂不能用于酿酒厂中,SO2、水和柠檬酸的混合物通常用来清洁水管、水槽和其它设备,以保持清洁和没有细菌。

折叠 还原性漂白剂

二氧化硫还是一个很好的还原剂。在水的存在下,二氧化硫可以使物质褪色。特别地,它是纸张和衣物的有用的漂白剂。这个漂白作用通常不能持续很久。空气中的氧气把被还原的染料重新氧化,使颜色恢复。

折叠 硫酸的前体

二氧化硫还用来制备硫酸,首先转化成三氧化硫,然后再转化成发烟硫酸,最后转化成硫酸。这个过程中的二氧化硫是含硫矿物与氧气反应产生的。把二氧化硫转化成硫酸的过程,称为接触法。

折叠 制冷剂

由于二氧化硫容易液化,且汽化热很大,因此适合作为制冷剂。在氟利昂的发展之前,二氧化硫就曾经用作家用冰箱的制冷剂。

折叠 脱氯

在城市的污水处理中,二氧化硫用来处理排放前的氯化污水。二氧化硫与氯气反应,氯气被还原,生成Cl。

折叠 编辑本段 污染危害

硫氧化物是大气的主要污染物之一,是无色、有刺激性臭味的气体,它不仅危害人体健康和植物生长,而且还会腐蚀设备、建筑物和名胜古迹。它主要来自含硫燃料的燃烧、金属冶炼、石油炼制硫酸(H2SO4)生产和硅硫氧化物硫氧化物酸盐制品焙烧等过程。废气中的硫氧化物主要有二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO)全世界每年向大气排放的SO约为1.5亿吨SO只占硫氧化物总量中的很小部分,排至大气的SO可缓慢地被氧化成SO,其数量取决于氧对SO的氧化速度。SO毒性10倍于SO。燃烧过程中,SO生成量,取决于燃烧的温度、时间和燃料中含的金属化合物催化作用通常燃烧形成废气中的SO量约为硫氧化物总量的1.0~5.0%SO治理除采用或少污染工艺技术。

折叠 硫氧化物干法

固态吸附剂或固体吸收剂去除烟气中的SO2的方法。此法虽然出现较早,但进展缓慢,如美国和日本只有少数几套干法排烟脱硫工业装置投产。中国湖北省松木坪电厂采用活性炭吸附电厂烟气中SO2已试验成功。干法排烟脱硫存在着效率低、固体吸收剂和副产物处理费事、脱硫装置庞大、投资费用高等缺点。在工业上应用的干法排烟脱硫主要有石灰粉吹入法、活性炭法和活性氧化锰法等。

石灰粉吹入法:将石灰石(CaCO3)粉末吹入燃烧室内,在1050℃高温下,CaCO3分解成石灰(CaO),并和燃烧气体中的SO2反应生成CaSO4。CaSO4和未反应的CaO等颗粒由集尘装置捕集。吹入的石灰石粉通常为化学计量的 2倍。此法脱硫率约为40~60%。

活性炭法:用多孔粒状、比表面积大的活性炭吸附烟气中SO2。由于催化氧化吸附作用,SO2生成的硫酸附着于活性炭孔隙内。从活性炭孔隙脱出吸附产物的过程称为脱吸(或解吸)。用水脱吸法可回收浓度为10~20%的稀硫酸;用高温惰性气体脱吸法可得浓度为10~40%的SO2;用水蒸汽脱吸法可得浓度为70%的SO2。

活性氧化锰法(DAP-Mn法):用粉末状的活性氧化锰(MnOx·nH2O)在吸收塔内吸收烟气中的SO2,其流程如附图。在这一过程中,有部分MnOx·nH2O生成硫酸锰(MnSO4)。MnSO4同泵入氧化塔内的NH3(氨)和空气中的O2作用,再生成MnOx·nH2O,可循环使用。

折叠 硫氧化物湿法

用液态吸收剂吸收烟气中的SO2的方法。湿法排烟脱硫装置具有投资比较小、操作维护管理较容易、反应速度快、脱硫效率高等优点,所以近年来兴建的大多是这种脱硫装置。湿法排烟脱硫根据使用吸收剂的种类或副产物的不同可分为:氨吸收法、石灰石或石灰乳吸收法、氧化镁(MgO)吸收法、钠(钾)吸收法和氧化吸收法等。

氨吸收法:用氨水吸收烟中的SO2,生成亚硫酸铵【(NH4)2SO3】和亚硫酸氢铵(NH4HSO3)。此法最早用于冶炼烟气脱硫。因氨蒸汽分压较高,在脱硫过程中,氨有损失,当吸收液在50℃、pH值大于6时,吸收液中的(NH4)2SO3和NH4HSO3易生成微粒状白烟;当pH值小于6时,白烟消失,SO2的吸收率降低。为提高吸收率,应不断补给氨水以控制吸收液的pH值在6左右。氨吸收法生成的(NH4)2SO3和 NH4HSO3经氧化可得(NH4)2SO4。对吸收SO2后的吸收液采用不同的处理方法,可回收不同副产物。

根据回收的副产物不同,氨吸收法可分为:①氨-硫酸铵法:在吸收液中加入氨水可生成(NH4)2SO3,在氧化塔中用空气加压氧化,可回收(NH4)2SO4;在吸收液中加入H2SO4,则得到(NH4)2SO4,并回收浓SO2。②氨-石膏法:用氨水调整吸收液的pH值,在氧化生成(NH4)2SO4的溶液中加入Ca(OH)2生成CaSO4和氨水,氨水为吸收剂可循环使用。③蒸汽解吸法:吸收液减压加热使NH4HSO3分解,生成(NH4)2SO3,同时回收浓SO2。分离出(NH4)2SO3结晶后的溶液返回作循环吸收液。④氨-硫磺回收法:加热使吸收液浓缩,可分解出SO2、NH3和水蒸汽的混合气体,在混合气中加入还原气体H2S,可回收单体硫。

石灰石或石灰乳吸收法:以CaCO3粉末和Ca(OH)2为吸收剂脱去烟气中的SO2,副产物为CaSO4·2H2O。石灰乳吸收法对SO2的吸收效率取决于吸收液的pH值和吸收时液气比。如吸收液pH值近于6,液气比大于4,脱硫率达90%以上。石灰乳浓度通常为5~15%,石灰乳浓度增高,吸收速度降低。

折叠 对健康的威胁

二氧化硫具有酸性,可与空气中的其他物质反应,生成微小的亚硫酸盐和硫酸盐颗粒。当这些颗粒被吸入时,它们将聚集于肺部,是呼吸系统症状和疾病、呼吸困难,以及过早死亡的一个原因。如果与水混合,再与皮肤接触,便有可能发生冻伤。与眼睛接触时,会造成红肿和疼痛。

折叠 编辑本段 治理方法

排烟脱硫燃料脱硫和高烟囱排放。这些方法通常也适用于SO2的治理。

排烟脱硫从燃料燃烧或工业生产排放的废气中去除SO2的技术出现于19世纪 80年代。1884年英国有人用石灰水洗涤塔中吸收燃烧硫磺形成的SO2,回收硫酸钙。1897年日本本山冶炼厂用石灰乳[Ca(OH)]2脱除有色金属冶炼烟气中高浓度SO2(SO2浓度大于3%),脱硫率为21~23%。1930年英国伦敦电力公司完成了用水洗法脱除烟气中低浓度SO2(SO2浓度小于3%)的研究工作,并在泰晤士河南岸巴特西电站,建造一套用泰晤士河水调制白垩料浆洗涤烟道气中SO2的装置。

新的排烟脱硫技术,如冷冻脱硫、海水脱硫、电子射线脱硫和膜分离技术脱硫,以及从烟气中同时脱除硫氧化物和氮氧化物等正在探索中。 燃料脱硫 大气的SO2污染主要是含硫燃料燃烧造成的。为防止污染,可使用低硫燃料。一般来说净化后的气体燃料(如低硫天然气、焦炉煤气高炉煤气发生炉煤气)都是低硫燃料,直接燃烧基本上不会造成SO2污染。固体燃料和液体燃料的含硫量因产地而异。一吨煤含5~50公斤硫;一吨原油含5~30公斤硫,重油的含硫量高于原油1.5~2倍。燃烧形成的SO2为可燃硫量的2倍。因此,预先对燃料脱硫,是防止大气硫氧化物污染的基本方法之一。

高烟囱排放 利用自然净化能力控制烟气中SO2对环境污染的方法。高烟囱排放有利于煤烟中二氧化硫在大气中的扩散稀释。烟囱越高,平均风速越大,扩散稀释作用越强。这一方法为许多国家采用。但高烟囱排放并不能减少排出的污染物总量,只是由于大气湍流的扩散稀释作用,降低了SO2等污染物的浓度。自然界的净化能力有一定限度,随着污染物总量增多,就会在某种气象条件下出现区域性的环境质量恶化,甚至会引起相邻的地区和国家下。加拿大建有世界上最高的排放煤烟的烟囱,高385.5米。

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