[发明专利]光、电催化-化学环反应耦合分解硫化氢制氢和硫的方法

说明书

技术领域

本发明涉及硫化氢转化的方法，具体涉及一种光、电催化-化学环反应耦合分 解硫化氢制氢和硫的方法。

背景技术

硫化氢是一种剧毒有害气体，大量存在于煤层气，页岩气和天然气中，同时也 是石油炼制、天然气加工和其它化学合成过程中的副产物。目前工业上采用的克劳 斯(Clauss)工艺可以将硫化氢部分氧化生成水和硫，回收硫化氢中的硫，氢被氧 化成水。此过程过度释放了存储于硫化氢中的化学能，无法做到硫化氢的高效利用 和原子经济性。

发明内容

本发明是为了解决硫化氢的资源高值化的问题，提供了一种光、电催化-化学 环反应耦合分解硫化氢制氢和硫的方法，既解决硫化氢的处理问题，又使其得到高 值化利用，即一种变废为宝的技术。

本发明的一种光、电催化-化学环反应耦合分解硫化氢制氢和硫的方法分两步 进行，第一步在光电催化反应池内，由光电催化或电催化还原质子产氢，同时在阳 极上得到氧化还原电对的氧化态，含有电对的氧化态的电解液被泵抽送到硫化氢吸 收塔，第二步在硫化氢吸收塔由氧化还原电对与硫化氢反应得到元素硫、氢离子和 氧化还原电对的还原态，氢离子和氧化还原电对的还原态注入到光电催化反应池内 参与第一步过程，元素硫可分离回收。

本发明的技术方案为：

于一由二个反应器组成的装置中进行反应，二个反应器分别为光电催化反应池 和硫化氢吸收塔，二个反应器间设有传输电解质泵；

光电催化反应池为一由隔膜分隔的反应器，隔膜将反应器分隔成左右二个互不 连通的腔室；

硫化氢吸收塔为一由筛板分隔的反应器，带有通孔的筛板将反应器分隔成上下 二个腔室，或其也可借用工业上已成熟的硫化氢吸收塔；

泵将光电催化反应池的电解液抽送到硫化氢吸收塔底部，硫化氢吸收塔内的电 解液与硫化氢反应后由硫化氢吸收塔上部回送到光电催化反应池内。

光电催化反应池包含两个反应腔室；

其中一个为其内部置有阳极的阳极腔室，第二个为其内部置有阴极的阴极腔 室；

阴极腔室通过隔膜与阳极腔室相分隔；

于两个个反应腔室中均添加有电解液，阳极和阴极均全部或部分置于电解液 中；阳极和阴极经直流电源通过导线电连接；

硫化氢吸收塔的筛板用于隔离元素硫，其内添加有与阳极腔室相同的电解液， 并于下部通入硫化氢气体；

所述阴极为光阴极或普通阴极，第一步在光电催化反应池内，由光电催化或电 催化还原质子产氢，同时在阳极上得到氧化还原电对的氧化态，含有电对的氧化态 的电解液被泵抽送到硫化氢吸收塔；

第二步在硫化氢吸收塔由氧化还原电对与硫化氢反应得到元素硫、氢离子和氧 化还原电对的还原态，氢离子和氧化还原电对的还原态注入到光电催化反应池内参 与第一步过程，元素硫可分离回收。

光阴极为表面负载MoS₂的P-型半导体，P-型半导体的材料为Si、CdSe、CdTe， CuIn_xGa_1-xSe₂或CuIn_xGa_1-xS₂；

普通阴极为表面负载MoS₂的非贵金属、碳电极或导电玻璃。

阳极为碳电极、导电玻璃或非贵金属电极。

金属为Ti、Cu或Fe，碳电极为碳纸或石墨，导电玻璃为FTO或ITO。

直流电源于阳极和阴极间施加的电压为0-10伏，提供的能量可以是太阳光或 人造光源或电能。

直流电源于阳极和阴极间施加的电压为0伏时，其采用的阴极为光阴极，提供 的能量可以是太阳光或人造光源。