光催化分解硫化氫制氫研究獲進(jìn)展

由黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院完成的“太陽能光解硫化氫制氫催化劑設(shè)計(jì)與工藝研究”項(xiàng)目，近日通過了由黑龍江省科技廳組織的專家驗(yàn)收。

硫化氫是一種惡臭、劇毒、具有腐蝕性的酸性氣體，是石油煉制、天然氣加工和其他化學(xué)合成工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，全國硫化氫排放可達(dá)到800萬～1000萬t/a。我國對(duì)硫化氫廢氣的處理多采用Claus工藝，即將硫化氫部分氧化水和硫磺，其中的氫并沒有得到回收利用。氫能是最有希望在未來替代化石類的能源，目前工業(yè)用氫氣都是由輕烴、煤、天然氣及甲醇等通過蒸汽重整或電解水生產(chǎn)的，成本高、價(jià)格貴、難以作為燃料被廣泛使用。

光催化和光化學(xué)硫化氫分解制氫工藝的反應(yīng)條件緩和，可利用廉價(jià)而豐富的太陽能，不僅可實(shí)現(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化利用，而且可以降低生產(chǎn)成本，具有較高的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。

黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院研究員白雪峰指導(dǎo)的課題組，在黑龍江省杰出青年科學(xué)基金和國家“863”項(xiàng)目的支持下，針對(duì)煉油廠和天然氣工業(yè)生產(chǎn)過程中存在的環(huán)境污染和氫資源浪費(fèi)等問題，就光催化和光化學(xué)分解硫化氫催化劑設(shè)計(jì)與工藝進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。

課題組采用共沉淀法，制備出可控能級(jí)的系列CdxZn1-xS固溶態(tài)型光催化劑，Cd0.7Zn0.3S光催化制氫速率可達(dá)11.1mmol/（g·h）；采用浸漬-焙燒-水熱合成法，制備了CdS/S、N-TiO2、CdS/C-TiO2和CdS/N-TiO2復(fù)合光催化劑，可見光催化制氫性能高于未摻雜改性的2倍；采用離子交換-沉積法制備的CdS/HY和CdS/Al-MCM-41負(fù)載型光催化劑，形成穩(wěn)定的、分子尺寸的納米CdS團(tuán)簇，可提高電荷分離效率和光催化產(chǎn)氫效率，是單組分CdS的5～6倍。紫外光（特征波長(zhǎng)為253.7nm）催化分解硫化氫制氫可產(chǎn)生光化學(xué)分解與光催化反應(yīng)的協(xié)同作用，分解產(chǎn)氫速率可達(dá)4.04mL/W·h，遠(yuǎn)高于可見光催化制氫。通過XRD、TG、IR、XPS、SPS、ICP、SEM和TEM等分析手段，對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)和光化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征，闡述了提高光催化分解硫化氫制氫效率的機(jī)理，對(duì)該技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用提供了依據(jù)。

目前，該項(xiàng)研究已申請(qǐng)4項(xiàng)國家發(fā)明專利，其中1項(xiàng)已獲授權(quán)。