一種光、電催化-化學環反應耦合分解硫化氫的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及硫化氫轉化的方法及裝置。
【背景技術】
[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，同時大量副產石油煉制、天然氣加工和其它化學合成過程中。目前工業上主要采用克勞斯(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生浪費。
【發明內容】
[0006]本發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-化學環反應耦合分解硫化氫的方法及裝置，既解決環境污染問題，又使硫化氫高值化，即一種變廢為寶的技術。
[0007]本發明的一種光、電催化-化學環反應耦合分解硫化氫的方法分兩步進行，第一步由光電催化或電催化還原質子產氫，同時在陽極上得到氧化還原電對的氧化態，第二步由氧化還原電對的氧化態穿過膜與硫化氫反應得到元素硫和氫離子，氫離子通過膜擴散到陰極參與第一步過程，元素硫可分離回收。本發明的光陰極主要是負載MoS2的P-型半導體，如Si，CdSe, CdTe, CuInxGa1 xSe2或CuInxGa1 XS2。本發明的陰極是負載MoS2的金屬，碳電極或導電玻璃，如Ti，Cu，Fe，碳紙，石墨，FT0, ΙΤ0，本發明的陽極是非貴金屬，如Ti，Cu，Fe。本發明的氧化還原電對是(SCN) 2/SCN，Fe (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]本發明的一種光、電催化-化學環反應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]裝置的結構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，陽極腔室和硫化氫腔室并列位于右側。位于左側的陰極腔室和位于右側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，陽極腔室位于右側，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，硫化氫腔室位于右側，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]本發明優勢在于:
[0017]利用光電催化或電催化，與化學反應耦合，將硫化氫最終分解為氫氣和元素硫，實現了硫化氫的高值化利用，是一項變廢為寶的技術。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化的成本。由于氫氣和元素硫分別在兩個反應腔室產生，此項硫化氫轉化工藝的產物分離和回收較為容易。此外，涉及硫化氫轉化過程的電極、電對和供能方式的選擇靈活多樣，在工業化應用上有較強的適應性。
【附圖說明】
[0018]圖1是【具體實施方式】一的實驗裝置。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。
【具體實施方式】
[0019]為了進一步說明本發明，列舉以下實施實例。
[0020]實施例一
[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的負載MoS2的P-型半導體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，外加恒壓源通過導線連接陰極和陽極，電流表串聯入電路中。此反應所用光源為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，反應體系電流為0mA。開啟光源后，反應體系產生電流120mA。光陰極上產生大量氣泡,利用排水法收集。陽極溶液的顏色逐漸加深，硫化氫腔室內有淡黃色沉淀析出。整套反應過程非常穩定，反應進行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整個反應過程通入硫化氫2.68mmol，得到氫氣2.23mmol，元素硫2.22mmol，硫化氫轉化率為83%。5個循環后，電流和硫化氫轉化率未見明顯降低。
[0022]實施例二:與實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。硫化氫轉化率為80%。
[0024]實施例三:與實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。硫化氫轉化率為75%。
[0026]實施例四:與實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。硫化氫轉化率為73%。
[0028]實施例五:與實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。硫化氫轉化率為62%。
[0030]實施例六:與實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Fe(NO3)JPK2SO4分別為0.2mol/L和0.25mol/L的水溶液。硫化氫轉化率為43%。
[0032]實施例七:與實施例一不同之處在于:
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