硫化氫資源高值化利用有新徑

文/陶 加

4月14日，筆者從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所了解到，該所潔凈能源國家實(shí)驗(yàn)室太陽能研究部和昆士蘭大學(xué)納米材料中心合作，開發(fā)出一種光電催化—化學(xué)耦合分解硫化氫的綠色轉(zhuǎn)化技術(shù)，能夠同時(shí)得到氫和硫。

硫化氫略重于空氣，主要產(chǎn)生于天然氣凈化、石油煉制以及制煤氣、制革、制藥、造紙、合成化學(xué)纖維等生產(chǎn)過程。硫化氫是大氣的主要污染物之一，不僅危害人體健康,還會(huì)嚴(yán)重腐蝕設(shè)備。特別是在天然氣輸送和大規(guī)模的石油加氫精制過程中，由于其具有強(qiáng)烈的毒性，可導(dǎo)致含水量提高和腐蝕性氣體（如H2S）增強(qiáng)，增加了石油管線鋼發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的可能性，對油、氣的安全開采和輸送影響極大。傳統(tǒng)的克勞斯處理方法可以將硫化氫部分氧化得到硫和水，又損失了很多的氫，硫化氫本身的資源未得到充分利用，價(jià)值不能充分體現(xiàn)。

近年來，大連化所物發(fā)展了雙助光催化劑Pt-PdS/CdS體系，在可見光下以H2S作為原料可以高效制氫，量子效率高達(dá)93%。在中石化集團(tuán)的支持下，該項(xiàng)技術(shù)研發(fā)完成了實(shí)驗(yàn)室小型放大試驗(yàn)。此后該所畢業(yè)的宗旭博士在昆士蘭大學(xué)做博士后期間提出了一種創(chuàng)新的硫化氫轉(zhuǎn)化工藝過程，并與大連化物所李燦院士領(lǐng)導(dǎo)的太陽能研究部合作，實(shí)現(xiàn)了光電催化—化學(xué)耦合分解硫化氫，同時(shí)得到氫氣和硫。

該過程涉及兩個(gè)反應(yīng)步驟，第一步利用I3-/I-或Fe3+/Fe2+電對的氧化態(tài)高效捕獲H2S得到硫和還原態(tài)；第二步采用光電催化還原質(zhì)子產(chǎn)氫，同時(shí)將電對的還原態(tài)氧化。利用I3-/I-或Fe3+/Fe2+循環(huán)，將兩個(gè)高效的反應(yīng)過程耦合起來，實(shí)現(xiàn)了光電驅(qū)動(dòng)的硫化氫的轉(zhuǎn)化。實(shí)驗(yàn)表明，該體系可以實(shí)現(xiàn)H2S的連續(xù)高效轉(zhuǎn)化。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，該技術(shù)利用太陽能光催化和光電催化，不僅為解決天然氣和石油化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量H2S資源高值化轉(zhuǎn)化提供了一個(gè)新途徑，對于我國油氣的安全開采和輸送也有著十分重要的意義。