تبدیل آلاینده خطرناک H2S به سوخت هیدروژن و عنصر گوگرد با استفاده از کاتالیست نوری بیسموت سولفید

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه، زنجان، ایران

چکیده

هیدروژن سولفید یک گاز سمی و کُشنده برای موجودات زنده است که در مقیاس وسیع به­صورت صنعتی و طبیعی روی کُره زمین تولید می­ شود. روش مورد استفاده برای حذف این ترکیب فراوان و خطرناک، فرایند صنعتی کلاوس است که H2S را به گوگرد تبدیل کرده، فراورده ­های جانبی زیان ­آور SOx/NOx تولید نموده و از سوخت هیدروژن ذخیره شده در ترکیب چشم پوشی می ­نماید. تخریب/ تبدیل کاتالیست نوریی H2S به سوخت پاک هیدروژن و عنصر ارزشمند گوگرد یک استراتژی نوین، سبز و جایگزین برای روش کلاوس است که می­ تواند به صورت کارآمد برای تبدیل آلاینده خطرناک H2S به هیدروژن و گوگرد مورد استفاده قرار گیرد. برای این منظور طراحی و سنتز مواد کاتالیست نوری مؤثر، دوست­ دار محیط زیست و ارزان­ بسیارمورد نیاز است. در این پژوهش، یک ترکیب نیم­رسانای گوگردی مزوحفره نوع n دارای جذب قوی فوتون در ناحیه­ ی فرابنفش _ مرئی به روش ساده ­ی هیدروترمال سنتز شد و به ­طور موفقیت ­آمیز برای انجام واکنش شکافت نوری محیط قلیایی دارای هیدروژن سولفید با هدف تولید هیدروژن و گوگرد به کار رفت.  هم­چنین، پدیده ­ی تبدیل نوری از دیدگاه مکانیسمی تفسیر شد و نمودار انرژی نشان داد کاتالیست نوری سنتز شده (بیسموت سولفید) دارای ساختار نواری مناسب برای کاهش پروتون و اکسایش آنیون بی­سولفید است که سرانجام می­ تواند گاز هیدروژن و فراورده ­ی گوگرد را تولید نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Apte S.K., Garaje S.N., Naik S.D., Waichal R.P., Kale B.B., Environmentally Benign Enhanced H2 Production from Abundant Copious Waste H2S Using Size Tuneable Cubic Bismuth (Bi0) Quantum Dots GeO2 Glass Photocatalyst under Solar Light, Green Chem., 15: 3459-3467 (2013).
[2] Dan M., Zhang Q., Yu S., Prakash A., Lin Y., Zhou Y., Noble-Metal-Free MnS/In2S3 Composite as Highly Efficient Visible Light-Driven Photocatalyst for H2 Production from H2S, Appl. Catal. B., 217: 530-539 (2017).
[3] Subramanian E., Baeg J.O., Lee S.M., Moon S.J., Kong K.J., Nanospheres and Nanorods Structured Fe2O3 and Fe2-xGaxO3 Photocatalysts for Visible-Light Mediated (λ≥420 nm) H2S Decomposition and H2 Generation, Int. J. Hydrogen Energy, 34: 8485-8494 (2009).
[4] Zhao L., Wang Y., Li X., Wang A., Song C., Hu Y., Hydrogen Production via Decomposition of Hydrogen Sulfide by Synergy of Non-Thermal Plasma and Semiconductor Catalysis, Int. J. Hydrogen Energy, 38: 14415-14423 (2013).
[5] Lashgari M., Ghanimati M., A New Efficient Eco-Friendly Quaternary Solid-Solution Nanoenergy Material for Photocatalytic Hydrogen Fuel Production from H2S Aqueous Feed, Chem. Eng. J., 358: 153-159 (2019).
[6] Agrahari G.K., Rawat A., Verma N., Bhattacharya P.K., Removal of Dissolved H2S from Wastewater Using Hollow Fiber Membrane Contactor: Experimental and Mathematical Analysis, Desalination, 314: 34-42 (2013).
[7] Preethi V., Kanmani S., Performance of Four Various Shapes of Photocatalytic Reactors with Respect to Hydrogen and Sulphur Recovery from Sulphide Containing Waste Streams, J. Clean. Prod., 133: 1218-1226 (2016).
[8] Sassi M., Gupta A.K., Sulfur Recovery from Acid Gas Using the Claus Process and High-Temperature Air Combustion (Hitac) Technology, Am. J. Environ. Sci., 4: 502-511 (2008).
[9] Preethi V., Kanmani S., Performance of Nano Photocatalysts for the Recovery of Hydrogen and Sulphur from Sulphide Containing Wastewater, Int. J. Hydrogen Energy, 43: 3920-3934 (2018).
[10] Lashgari M., Ghanimati M., Photocatalytic Degradation of H2S Aqueous Media Using Sulfide Nanostructured Solid-Solution Solar-Energy-Materials to Produce Hydrogen Fuel, J. Hazard. Mater., 345: 10-17 (2018).
[11] Liu C., Yang Y., Li W., Li J., Li Y., Chen Q., A Novel Bi2S3 Nanowire @ TiO2 Nanorod Heterogeneous Nanostructure for Photoelectrochemical Hydrogen Generation, Chem. Eng. J., 302: 717-724 (2016).
[12] Wu T., Zhou X., Zhang H., Zhong X., Bi2S3 Nanostructures: A New Photocatalyst, Nano Res, 3: 379-386 (2010).
[13] Kadam S. R., Panmand R.P., Sonawane R.S., Gosavi S.W., Kale B.B., A Stable Bi2S3 Quantum Dot-Glass Nanosystem: Size Tuneable Photocatalytic Hydrogen Production under Solar Light, RSC Advances, 5: 58485-58490 (2015).
[14] Aresti M., Saba M., Piras R., Marongiu D., Mula G., Quochi F., Mura A., Cannas C., Mureddu M., Ardu A., Ennas G., Galzia V., Mattoni A., Musinu A., Bongiovanni G., Colloidal Bi2S3 Nanocrystals: Quantum Size Effects and Midgap States, Adv. Funct. Mater., 24: 3341-3350 (2014).
[15] Brnechea M., Cao Y., Konstantatos G., Size and Bandgap Tunability in Bi2S3 Colloidal Nanocrystals and Its Effect in Solution-Processed Solar Cell, J. Mater. Chem. A, 3: 20642-20648 (2015).
[16] Kim J., Kang M., High Photocatalytic Hydrogen Production Over the Band Gap-Tuned Urchin-Like Bi2S3-Loaded TiO2 Composites System, Int. J. Hydrogen Energy, 37: 8249-8256 (2012).
[17] Lashgari M., Ghanimati M., A Highly Efficient Nanostructured Quinary Photocatalyst for Hydrogen Production, Int. J. Energy Res., 39: 516-524 (2015).
[18] Trentelman K., A Note on the Characterization of Bismuth Black by Raman Microspectroscopy, J. Raman Spectrosc., 40: 585-589 (2009).
[19] Rouquerol F., Rouquerol J., Sing K., "Adsorption by Powders and Porous Solids: Principles, Methodology and Applications", Academic Press, San Diego (1999).
[20] Sato N.," Electrochemistry at Metal and Semiconductor Electrodes", 1st ed. Elsevier Science; Amsterdam (1998).
[21] Linkous C.A., Muradov N.Z., Ramser S.N., Consideration of Reactor Design for Solar Hydrogen Production from Hydrogen Sulfide Using Semiconductor Particulates, Int. J. Hydrogen Energy, 20: 701-709 (1995).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار