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2022-11-03 15:06:37

光催化剂一步到位将硫化氢转化为氢

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英国莱斯大学和美国普林斯顿大学科学家借助金纳米颗粒,仅需一个步骤,就将石化炼油厂产生的臭气熏天的副产品硫化氢转化成了氢气。新工艺效率高且成本低廉,在节能环保的同时还有望促进氢经济的发展。相关研究刊发于最近的美国化学学会《能源快报》杂志。

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硫化氢气体具有明显的臭鸡蛋味,通常来自下水道、堆场和垃圾填埋场等地。对于炼油厂、石化厂等行业来说,它也是一个大问题,这些行业每年会产生数千吨这种有毒气体,作为从石油、天然气、煤炭和其他产品去除硫过程中的副产品。

为处理这些气体并“变废为宝”,莱斯大学化学家娜奥米·哈拉斯及其合作者研发了一种新工艺,使用金纳米颗粒,且仅需一个步骤,就将硫化氢转化为氢气和硫。更重要的是,这一工艺所需的能量都来自于光。

哈拉斯解释说,在最新研究中,她们在二氧化硅粉末颗粒表面点缀了一些金“岛”,每个金“岛”都是一个直径约百亿分之一米的金纳米颗粒,它会与特定波长的可见光发生强烈的相互作用。这些等离子体反应会产生“热载流子”——一种可以驱动催化的“短命”高能电子。

研究结果显示,她们借助一组LED灯,就产生了热载体光催化,并有效地将硫化氢气体直接转化成氢气和硫,这与炼油厂用来分解硫化氢的现有催化技术形成了鲜 明对比。目前炼油厂分解硫化氢的催化技术称为“克劳斯工艺”,它会产生硫,但不产生氢,而是将氢转化为水。此外,“克劳斯工艺”还需要多个步骤,其中一些 需要将燃烧室加热到约800多摄氏度的高温。

哈拉斯表示,她们会不断精简这一最新工艺,最终使其变得成本低廉且效率极高,从而能够经济地从下水道气体和动物粪便等来源清除非工业硫化氢。“鉴于这一工 艺只需要可见光而不需要外部加热,使用可再生太阳能或高效固态LED照明即可,因此这一工艺相对比较简单,而且得到的氢气是目前极受追捧的氢经济的‘主 角’。”



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