2020年10月29日
一个单步,plasma-enhanced催化过程将二氧化硫转化为纯硫尾气流可能提供一种很有前途的,更环保的选择目前的多级热,催化和吸收过程,根据宾夕法尼亚州立大学的科学家们。
“硫二氧化碳会导致重大环境问题像酸雨,它可以导致海洋酸化,”副Xiaoxing Wang表示宾夕法尼亚州立大学研究教授EMS能源研究所。“硫也可以有助于在我们呼吸的空气细颗粒物,可更严重比二氧化硫本身。”
颗粒物暴露估计导致420万人过早死亡,超过1亿残疾调整生命年——衡量年失去了由于疾病,残疾或死亡,根据《柳叶刀》全球疾病负担研究,出版于2015年。
根据王,目前脱硫方法可以成功地去除二氧化硫尾气流但不明显的缺点。
烟气脱硫技术,例如,最常用的方法来捕获二氧化硫,但是这些过程产生大量的固体废物金属硫酸盐的形式,需要处理。此外,这些过程产生的废水,需要额外的治疗,使整体方法成本和对环境不友好。
或者,可以减少二氧化硫通过催化固体元素硫,化学反应通常带来的催化剂和还原剂如氢、甲烷、一氧化碳,然后作为原材料用于诸如肥料。然而,高温通常需要在传统的催化过程中实现高转换水平。这并不是理想的,因为它使用了大量的能源和催化剂活性的丧失,据科学家。
由于这些缺陷,小王和他的同事测试了新技术,一步,低温plasma-assisted催化过程,不需要高温和产生更少的浪费比脱硫技术。
为了测试这个过程,团队加载一个铁硫化物催化剂填充床反应器。然后介绍了氢和二氧化硫气体混合物,通过催化剂床上大约300华氏度。然后他们打开了低温等离子体和反应立刻开始发生。
分析样品的过程完成后,他们看到多少二氧化硫气体和多少氢消耗。他们还收集和分析固体硫磺,积累底部的反应堆。他们的研究结果发表在ACS催化和最近一期的催化杂志》上。
“我们使用温度150度(约300摄氏度),高于硫熔化点避免硫沉积在催化剂,”王说。“通过这一过程,催化剂显示了非常优秀的稳定性。当运行几个小时,我们看不到任何失活。活动和选择性保持不变。”
研究人员还发现,这个过程大大提升二氧化硫还原在低温下,提高转换148%到200%和120%到87使用氢气和甲烷,分别。
肖恩耐克特学院的助理教授教学工程设计、技术和专业项目,说国家结核控制规划的工作因为高能电子与气体分子发生反应,产生活性物种——激进分子,分子离子和兴奋——使各种低温化学反应。
“其结果是,电子能够启动什么似乎thermodynamically-unfavorable化学反应的反应物通过离解和激发温度远低于热催化,”Knecht说。“如果这些反应可以在更低的温度比典型的热催化,显示,那么未来系统的输入功率大大降低,这是一个大问题。”
Wang补充说,使用等离子体可以实现最优性能只用10瓦的电能。另一个优势是,可再生能源,如风力或太阳能,这个过程可以很容易地应用到供电等离子体。
研究人员现在想更好地理解如何等离子体对催化过程和寻求发展一个更有效的过程的催化剂。
“当前的挑战,我们正在努力解决进一步孤立的影响等离子体与催化剂和协同效应方面,“Knecht说。“我们正在考虑一些表面光谱学选项目前在某一点,结合计算建模。把这些一起可以提供一个更全面的了解物理和化学在起作用。”
如果commercializable过程,它有可能在很大程度上取代目前FDG技术。
“这是非常有益的能源和环境问题,“王说。“我们的过程可以节省能源,减少浪费和节约水。这是非常转型。”
其他贡献人员包括穆罕默德·s . AlQahtani研究生;Chunshan歌,著名的宾夕法尼亚州立大学名誉教授和理学院院长魏Lun香港中文大学的化学教授;欧洲杯线上买球斯文g . Bilen头学院的工程设计、技术、教授和专业的项目和工程设计、电气工程和航空航天工程;和珍妮弗•l .灰色材料研究所的科学工作人员。欧洲杯足球竞彩
美国农业部的太阳格兰特和宾夕法尼亚州立大学EMS能源研究所种子格兰特为这项研究提供了资助。
来源:https://www.psu.edu/