一種光、電催化-化學(xué)環(huán)反應(yīng)耦合分解硫化氫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及硫化氫轉(zhuǎn)化的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]硫化氫作為一種有害氣體，大量存在于煤層氣，頁巖氣和天然氣中，同時大量副產(chǎn)石油煉制、天然氣加工和其它化學(xué)合成過程中。目前工業(yè)上主要采用克勞斯(Clauss)解決硫化氫的問題。
[0003]H2S+3/202 — S02+H20 (I)
[0004]2H2S+S02 — 2H20+3/xSx (2)
[0005]傳統(tǒng)的克勞斯工藝可以將硫化氫部分氧化生成水和硫，回收硫化氫中的硫,氫則被氧化成水而產(chǎn)生浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決硫化氫的資源高值化的問題，提供了一種光、電催化-化學(xué)環(huán)反應(yīng)耦合分解硫化氫的方法及裝置，既解決環(huán)境污染問題，又使硫化氫高值化，即一種變廢為寶的技術(shù)。
[0007]本發(fā)明的一種光、電催化-化學(xué)環(huán)反應(yīng)耦合分解硫化氫的方法分兩步進(jìn)行，第一步由光電催化或電催化還原質(zhì)子產(chǎn)氫，同時在陽極上得到氧化還原電對的氧化態(tài)，第二步由氧化還原電對的氧化態(tài)穿過膜與硫化氫反應(yīng)得到元素硫和氫離子，氫離子通過膜擴(kuò)散到陰極參與第一步過程，元素硫可分離回收。本發(fā)明的光陰極主要是負(fù)載MoS2的P-型半導(dǎo)體，如Si，CdSe, CdTe, CuInxGa1 xSe2或CuInxGa1 XS2。本發(fā)明的陰極是負(fù)載MoS2的金屬，碳電極或?qū)щ姴Ａ?，如Ti，Cu，F(xiàn)e，碳紙，石墨，F(xiàn)T0, ΙΤ0，本發(fā)明的陽極是非貴金屬，如Ti，Cu，F(xiàn)e。本發(fā)明的氧化還原電對是(SCN) 2/SCN，F(xiàn)e (CN)63 /Fe (CN)64，Ce4+/Ce3+, Co (bpy)33+/Co (bpy) 32+, Fe3+/Fe2+, I3 /I , (SeCN) 2/SeCN , Cu (phen) 22+/Cu (phen) 2+, Cu (SP) (mmt) °/Cu (SP)(mmt)和Cu (dmp) /7Cu (dmp) 2+中的一種或兩種以上氧化還原電對。
[0008]本發(fā)明的一種光、電催化-化學(xué)環(huán)反應(yīng)耦合分解硫化氫的裝置由陰極腔室、硫化氫腔室和陽極腔室組成。
[0009]陽極腔室與硫化氫腔室相鄰接，陽極腔室與硫化氫腔室通過第二隔膜相分隔；陰極腔室通過第一隔膜與陽極腔室和/或硫化氫腔室相分隔；
[0010]裝置的結(jié)構(gòu)包含有以下五種類型:
[0011]1.從左至右依次為陰極腔室、硫化氫腔室和陽極腔室。陰極腔室和硫化氫腔室之間由第一隔膜分開，硫化氫腔室和陽極腔室由第二隔膜分開。
[0012]2.從左至右依次為陰極腔室、陽極腔室和硫化氫腔室。陰極腔室和陽極腔室之間由第一隔膜分開，陽極腔室和硫化氫腔室由第二隔膜分開。
[0013]3.陰極腔室位于左側(cè)，陽極腔室和硫化氫腔室并列位于右側(cè)。位于左側(cè)的陰極腔室和位于右側(cè)的陽極腔室和硫化氫腔室之間由第一隔膜分開，陽極腔室和硫化氫腔室由第二隔膜分開。
[0014]4.陰極腔室位于左側(cè)，陽極腔室位于右側(cè)，陰極腔室和陽極腔室之間由第一隔膜分開，硫化氫腔室由第二隔膜包裹置于陽極腔室中。
[0015]5.陰極腔室位于左側(cè)，硫化氫腔室位于右側(cè)，陰極腔室和硫化氫腔室之間由第一隔膜分開，陽極腔室由第二隔膜包裹置于硫化氫腔室中。
[0016]本發(fā)明優(yōu)勢在于:
[0017]利用光電催化或電催化，與化學(xué)反應(yīng)耦合，將硫化氫最終分解為氫氣和元素硫，實(shí)現(xiàn)了硫化氫的高值化利用，是一項(xiàng)變廢為寶的技術(shù)。同時由于可采用太陽光作為能量輸入，大大降低了硫化氫轉(zhuǎn)化的成本。由于氫氣和元素硫分別在兩個反應(yīng)腔室產(chǎn)生，此項(xiàng)硫化氫轉(zhuǎn)化工藝的產(chǎn)物分離和回收較為容易。此外，涉及硫化氫轉(zhuǎn)化過程的電極、電對和供能方式的選擇靈活多樣，在工業(yè)化應(yīng)用上有較強(qiáng)的適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0018]圖1是【具體實(shí)施方式】一的實(shí)驗(yàn)裝置。圖中:1.陰極腔室；2.硫化氫腔室；3.陽極腔室；4.陰極；5.陽極；6.H2收集。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，列舉以下實(shí)施實(shí)例。
[0020]實(shí)施例一
[0021]從左至右依次為陰極腔室、硫化氫腔室和陽極腔室(參見圖1)。陰極腔室與硫化氫腔室之間用naf1n膜隔開，硫化氫腔室與陽極腔室之間用Celgard膜隔開。在陰極腔室中加入0.2mol/L的K2SO4水溶液。在陽極腔室和硫化氫腔室中均加入含KSCN和K2SO4分別為0.2mol/L和0.25mol/L的水溶液。將尺寸為2cmX 2cm的負(fù)載MoS2的P-型半導(dǎo)體CdSe置于陰極腔室中，將尺寸為2cmX 2cm的FTO作為陽極置于陽極腔室中，外加恒壓源通過導(dǎo)線連接陰極和陽極，電流表串聯(lián)入電路中。此反應(yīng)所用光源為300W氙燈，恒壓源施加0.4V直流電壓，硫化氫通入的氣體流速為l.0ml/min，純度大于99.9%。施加電壓后，反應(yīng)體系電流為0mA。開啟光源后，反應(yīng)體系產(chǎn)生電流120mA。光陰極上產(chǎn)生大量氣泡,利用排水法收集。陽極溶液的顏色逐漸加深，硫化氫腔室內(nèi)有淡黃色沉淀析出。整套反應(yīng)過程非常穩(wěn)定，反應(yīng)進(jìn)行Ih后停止光照和外加電壓輸入，記錄排水法收集的氫氣的體積為50ml，將硫化氫腔室中的懸濁收集,離心分離出元素硫,干燥后稱重71.0mg0整個反應(yīng)過程通入硫化氫2.68mmol，得到氫氣2.23mmol，元素硫2.22mmol，硫化氫轉(zhuǎn)化率為83%。5個循環(huán)后，電流和硫化氫轉(zhuǎn)化率未見明顯降低。
[0022]實(shí)施例二:與實(shí)施例一不同之處在于:
[0023]在陽極腔室和硫化氫腔室中加入含K4Fe (CN) 6和K2SO4分別為0.2mol/L和0.25mol/L的水溶液。硫化氫轉(zhuǎn)化率為80%。
[0024]實(shí)施例三:與實(shí)施例一不同之處在于:
[0025]在陽極腔室和硫化氫腔室中加入含Ce(NO3)JPK2SO4分別為0.2mol/L和0.25mol/L的水溶液。硫化氫轉(zhuǎn)化率為75%。
[0026]實(shí)施例四:與實(shí)施例一不同之處在于:
[0027]在陽極腔室和硫化氫腔室中加入含Co (bpy) 3C12和K2SO4分別為0.2mol/L和0.25mol/L的水溶液。硫化氫轉(zhuǎn)化率為73%。
[0028]實(shí)施例五:與實(shí)施例一不同之處在于:
[0029]在陽極腔室和硫化氫腔室中加入含KI和K2SO4分別為0.2mol/L和0.25mol/L的水溶液。硫化氫轉(zhuǎn)化率為62%。
[0030]實(shí)施例六:與實(shí)施例一不同之處在于:
[0031]在陽極腔室和硫化氫腔室中加入含F(xiàn)e(NO3)JPK2SO4分別為0.2mol/L和0.25mol/L的水溶液。硫化氫轉(zhuǎn)化率為43%。
[0032]實(shí)施例七:與實(shí)施例一不同之處在于:
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