Новый катализатор может превратить вонючий побочный продукт газа в дойную корову

Oct 10, 2023

Автор: Университет Райса, 3 декабря 2022 г.

Еще одним преимуществом является то, что свет является единственным источником энергии, используемым в одноэтапном процессе.

Инженеры и ученые из Университета Райса разработали для нефтехимических заводов удобный способ превратить вонючий побочный продукт в деньги.

Сероводородный газ имеет характерный запах гниющих яиц. Он часто исходит из канализации, скотных дворов и свалок, но особенно проблематичен для нефтеперерабатывающих, нефтехимических заводов и других отраслей промышленности. Тысячи тонн вредного газа производятся ежегодно как побочный продукт процессов удаления серы из нефти, природного газа, угля и других продуктов в этих местах.

Наоми Халас, инженер, физик и химик из компании Rice, и ее коллеги описывают процесс, в котором используются наночастицы золота для превращения сероводорода в серу и востребованный газообразный водород за один этап в исследовании, которое было недавно опубликовано в журнале ACS Energy Letters. . Более того, для одноэтапного процесса в качестве источника энергии нужен только свет. Соавторами исследования являются Хоссейн Робатьязи из Syzygy Plasmonics, Эмили Картер из Принстонского университета и Питер Нордландер из Университета Райса.

Иллюстрация одноэтапного процесса очистки сероводорода с помощью света, ставшего возможным благодаря золотому фотокатализатору, созданному в Университете Райса. Фото: Halas Group/Университет Райса.

«Выбросы сероводорода могут привести к огромным штрафам для промышленности, но восстановление также очень дорого», — сказал Халас, пионер нанофотоники, чья лаборатория потратила годы на разработку коммерчески жизнеспособных светоактивируемых нанокатализаторов. «Фразой «изменение правил игры» злоупотребляют, но в данном случае она применима. Внедрение плазмонного фотокатализа должно быть гораздо дешевле, чем традиционное восстановление, и у него есть дополнительный потенциал превращения дорогостоящего бремени во все более ценный товар».

Наоми Халас из Университета Райса — инженер, химик, физик и пионер в области светоактивируемых наноматериалов. Фото: Джефф Фитлоу/Университет Райса.

Each molecule of hydrogen sulfide gas (H2S) contains two hydrogen atoms and one sulfur atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> атом. Каждая молекула экологически чистого газообразного водорода (H2), основного продукта водородной экономики, содержит два атома водорода. В новом исследовании команда Халаса посыпала поверхность зерен порошка диоксида кремния крошечными островками золота. Каждый островок представлял собой золотую наночастицу размером в 10 миллиардных долей метра, которая сильно взаимодействовала с определенной длиной волны видимого света. Эти плазмонные реакции создают «горячие носители», которые представляют собой короткоживущие электроны с высокой энергией, способные управлять катализом.

In the study, Halas and co-authors used a laboratory setup and showed a bank of LED lights could produce hot carrier photocatalysis and efficiently convert H2S directly into H2 gas and sulfur. That’s a stark contrast to the established catalytic technology refineries use to break down hydrogen sulfide. Known as the Claus process, it produces sulfur but no hydrogen, which it instead converts into water. The Claus process also requires multiple steps, including some that require combustion chambers heated to about 1,500 degrees FahrenheitThe Fahrenheit scale is a temperature scale, named after the German physicist Daniel Gabriel Fahrenheit and based on one he proposed in 1724. In the Fahrenheit temperature scale, the freezing point of water freezes is 32 °F and water boils at 212 °F, a 180 °F separation, as defined at sea level and standard atmospheric pressure. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Фаренгейт.

Технология плазмонного восстановления сероводорода была лицензирована Syzygy Plasmonics, начинающей компанией из Хьюстона с более чем 60 сотрудниками, соучредителями которой являются Халас и Нордландер.