[发明专利]处理硫化氢的方法、生产氢的方法、和光催化反应设备

说明书

技术领域

本发明涉及可在以下这些利用光催化剂的领域中使用的方法，这些领域包括需要氢、硫等物质的化学工业领域、脱硫或其它工序中产生硫化氢等物质的化学工业领域、以及排除恶臭物质和大气污染物的环保领域。

背景技术

光催化剂技术已经被实际应用，它发挥了促进多种化学反应性能的优势，这些化学反应包括环境污染物、恶臭成分/各种细菌等的分解。它们的例子包括医院手术室用的抗菌板、空气清净机和空调机中用的过滤器、以及高速公路等地方用的玻璃。除了利用光催化剂能加速氧化反应的这些实际用途之外，为达到使光催化剂作用于水等的物质来获得氢的目的或者作用于二氧化碳来固定/减少碳的目的而正在进行各种研究。

另一方面，从矿物能源贫乏和环境问题例如全球变暖所引起的空气污染的角度考虑，需要制定出取得清洁安全能源的技术和清理环境污染物的技术。这些技术的发展促进了光催化剂的应用。例如，可促进光催化剂在原油脱硫工序或金属精炼的脱硫工序中的应用。

原油脱硫工序现在一般有以下的用途。在蒸馏原油时，重石油脑进行加氢精制，从而使所有含在原油中的硫组分转化为硫化氢而回收。这种硫化氢用叫做克劳斯法的方法加以处理并通过硫的氧化而回收。克劳斯法是这样的一种方法，即在该方法中三分之一的硫化氢被氧化成二氧化硫而该二氧化硫与剩余的硫化氢反应得到元素硫。

这种方法必须耗费大量的能量，因为除了二氧化硫与硫化氢反应之外还要反复进行加热和浓缩。还存在一些问题是例如二氧化硫的管理费用很昂贵。如果一种方法中包括向溶解有硫化氢的含水碱溶液中加光催化剂，该催化剂受光照射使它吸收入射光的能量而产生自由电子和空穴，并且该溶解有硫化氢的含水碱溶液被自由电子和空穴氧化/还原得到氢和硫，也就是如果硫化氢被光催化剂分解产生氢和硫的方法能在实际中应用，则用较少能量分解危险品硫化氢和生产有用物质氢和硫就成为可能。也就是说这种方法有利于解决环境问题并能生产出有用的物质。

在另一方面，就电解产生氢的方法而言，该方法是依靠太阳能电池的电动势使水电解来实施的。但是，在该方法中电解的效率受太阳能电池的限制。因此而存在的一个问题是，由于构成高性能太阳能电池的器件是高纯度高品质的器件，因而这样的太阳能电池是很昂贵的。

在这一方面，如果用光催化剂分解水而产生氢的方法能应用到实际中，则用较少能量以较低的成本生产氢也就成为可能了。

然而，光催化剂在使用上至今还存在以下问题需要解决。首先，它们的催化活性低。其次，现有的这些光催化剂是有毒的。虽然光催化剂在光照射下产生自由电子和自由空穴，但这些自由电子和自由空穴很可能会重新结合。而且，已经通过氧化/还原反应而分解的化学物质会再结合而返回成为原来的化合物也是极有可能的。因此导致催化活性降低。第三，催化剂的寿命短。虽然这些催化剂在光照射下产生自由电子和自由空穴，但由于该自由电子和空穴所引起的强的氧化/还原反应，除了目标化学物质被氧化/还原之外，这些催化剂本身也被氧化/还原了。也就是说这些催化剂由此被分解掉而失去了它们的活性。

为了克服这些问题，专利文献JP-A-2001-190964公开了具有高催化活性、无毒、和寿命长的光催化剂。在该专利中对于解决上面那三个问题的效果作了说明。在处理硫化氢的方法或生产氢的方法中使用含有用金属活化的催化剂的层状结构的电极，这样的方法也是已知的。

发明内容

发明要解决的问题

然而，层状结构的电极存在以下问题。金属面被硫化氢腐蚀或者多硫化物离子(S₂^2-)被吸附到该金属表面形成硫化物。因此该电极变成没有从氢离子生成氢气用的金属表面部分而成为不能产生氢气的电极。采用层状结构电极的这种方法在效率上也总是不令人满意。

因此，本发明的目的是要克服上述的现有技术中存在的缺点以及提供一种用光催化剂能高效分解硫化氢和产生氢的技术；以及提供在该技术中用的设备。

解决问题的措施

深入研究的结果，本发明人采用如下构成的方案成功地解决了上述那些问题。也即，本发明的内容如下：

(1)一种处理硫化氢的方法，该方法包括：设置一个含有光催化剂的光催化电极的贮液罐和一个有金属电极的贮液罐，使该两个贮液罐彼此被阳离子交换膜隔开；将含硫化氢的液体装在具有光催化电极的贮液罐中；电连接该光催化电极与该金属电极；以及光照射该光催化剂。

(2)根据以上(1)所述的处理硫化氢的方法，其中装在有金属电极的贮液罐中的液体是酸性溶液。