新的催化劑可以將臭氣熏天的天然氣副產品變成錢
萊斯大學的工程師和科學家們已經開發出一種有效的方法,讓石化煉油廠將一種臭氣熏天的副產品轉化為現金。硫化氫氣體具有腐爛雞蛋的獨特氣味。它經常從下水道、畜牧場和垃圾填埋場散發出來,但對煉油廠、石化廠和其他行業來說,它是一個特別的問題。作為從石油、天然氣、煤炭和其他產品中去除硫磺的過程的副產品,這些地方每年都會產生數千噸有毒氣體。
萊斯大學的工程師、物理學家和化學家Naomi Halas及其同事在最近發表在《ACS能源通訊》雜誌上的一項研究中描述了一個使用金納米粒子將硫化氫轉化為硫磺和高需求的氫氣的過程。更妙的是,這個一步到位的過程只需要光作為其能量來源。該研究的共同作者包括Syzygy Plasmonics公司的Hossein Robatjazi、普林斯頓大學的Emily Carter和萊斯大學的Peter Nordlander。
萊斯大學創造的金光催化劑使硫化氫氣體的光動力、一步法修復過程成為可能的插圖。
哈拉斯說:”硫化氫排放可能導致工業界的巨額罰款,但補救工作也是非常昂貴的,’改變遊戲規則’這一短語雖在科學界被過度使用,但在這種情況下它適用。實施質子光催化應該比傳統的補救措施要便宜得多,而且它還有可能將一個昂貴的負擔轉變為越來越有價值的商品。”他是納米光子學的先驅,其實驗室花了多年時間開發商業上可行的光激活納米催化劑。
萊斯大學的Naomi Halas是一位工程師、化學家、物理學家,也是光活化納米材料領域的先驅者。
硫化氫氣體(H2S)的每個分子包含兩個氫原子和一個硫原子。清潔燃燒的氫氣(H2),即氫經濟的主要商品,每個分子都包含兩個氫原子。在這項新的研究中,Halas的團隊在二氧化矽粉末顆粒的表面撒上了微小的金島。每個島是一個大小為十億分之一米的金納米粒子,可以與某種波長的可見光發生強烈的互動。這些質子反應產生了”熱載體”,它們是能夠驅動催化作用的短暫的高能量電子。
在這項研究中,Halas和合著者使用了一個實驗室設置,並表明一組LED燈可以產生熱載體光催化作用,並有效地將H2S直接轉化為H2氣體和硫磺。這與煉油廠用來分解硫化氫的既定催化技術形成了鮮明的對比。它被稱為克勞斯工藝,產生硫磺但不產生氫,而是將其轉化為水。克勞斯工藝也需要多個步驟,包括一些需要加熱到約1500華氏度的燃燒室。
質子硫化氫修復技術已被Syzygy Plasmonics公司授權,這是一家位於休斯頓的初創公司,擁有60多名員工,其聯合創始人包括Halas和Nordlander。
Halas說,該修復過程可能最終具有足夠低的實施成本和足夠高的效率,對於清理來自下水道氣體和動物糞便等非工業來源的硫化氫來說是經濟的。
鑑於它只需要可見光和不需要外部加熱,這個過程應該是相對簡單的,可以使用可再生太陽能或高效固態LED照明來擴大規模。