光催化分解硫化氫制氫研究獲進展

光催化分解硫化氫制氫研究獲進展

由黑龍江省科學院石油化學研究院完成的“太陽能光解硫化氫制氫催化劑設計與工藝研究”項目，近日通過了由黑龍江省科技廳組織的專家驗收。

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合成工藝中產生的副產品，全國硫化氫排放可達到800萬～1000萬t/a。我國對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的，成本高、價格貴、難以作為燃料被廣泛使用。

光催化和光化學硫化氫分解制氫工藝的反應條件緩和，可利用廉價而豐富的太陽能，不僅可實現太陽能的轉化利用，而且可以降低生產成本，具有較高的研究價值和應用前景。

黑龍江省科學院石油化學研究院研究員白雪峰指導的課題組，在黑龍江省杰出青年科學基金和國家“863”項目的支持下，針對煉油廠和天然氣工業生產過程中存在的環境污染和氫資源浪費等問題，就光催化和光化學分解硫化氫催化劑設計與工藝進行了深入系統的研究。

課題組采用共沉淀法，制備出可控能級的系列CdxZn1-xS固溶態型光催化劑，Cd0.7Zn0.3S光催化制氫速率可達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負載型光催化劑，形成穩定的、分子尺寸的納米CdS團簇，可提高電荷分離效率和光催化產氫效率，是單組分CdS的5～6倍。紫外光（特征波長為253.7nm）催化分解硫化氫制氫可產生光化學分解與光催化反應的協同作用，分解產氫速率可達4.04mL/W·h，遠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，對催化劑的結構和光化學性質進行了表征，闡述了提高光催化分解硫化氫制氫效率的機理，對該技術進一步應用提供了依據。

目前，該項研究已申請4項國家發明專利，其中1項已獲授權。