一种光电催化-化学环反应耦合分解硫化氢的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于硫化氢转化的方法，具体涉及一种光电催化-化学环反应耦合分解硫化氢的方法。
【背景技术】
[0002]硫化氢作为一种有害气体，大量存在于煤层气，页岩气和天然气中，同时大量副产石油炼制、天然气加工和其它化学合成过程中。目前工业上主要采用克劳斯(Clauss)解决硫化氢的问题。
[0003]H2S+3/202—SO 2+H20 (I)
[0004]2H2S+S02— 2H 20+3/xSx (2)
[0005]传统的克劳斯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，氢则被氧化成水而产生浪费。
【发明内容】
[0006]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的方法及装置，既解决环境污染问题，又使硫化氢高值化，即一种变废为宝的技术。
[0007]本发明的一种光电催化-化学环反应耦合分解硫化氢的方法分两步进行，第一步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，第二步由氧化还原电对的氧化态穿过膜与硫化氢反应得到元素硫和氢离子，氢离子通过膜扩散到阴极参与第一步过程，元素硫可分离回收。
[0008]本发明的技术方案为:
[0009]于一由二个隔膜分隔的反应器中进行反应，二个隔膜将反应器分隔成三个互不连通的反应腔室；
[0010]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，第三个为通入硫化氢气体的硫化氢腔室；
[0011]阳极腔室与硫化氢腔室相邻接，阳极腔室与硫化氢腔室通过第二隔膜相分隔；阴极腔室通过第一隔膜与阳极腔室和/或硫化氢腔室相分隔；
[0012]于三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；
[0013]所述阴极为光阴极或普通阴极，第一步于阴极上，由光电催化或电催化还原电解液中的质子产氢，同时在阳极上得到氧化还原电对的氧化态；
[0014]第二步由阳极腔室内的氧化还原电对的氧化态穿过第二隔膜到达硫化氢腔室与硫化氢反应得到元素硫和氢离子，进行元素硫分离回收；
[0015]硫化氢腔室中的氢离子通过第一隔膜、或第一隔膜和第二隔膜扩散到阴极腔室内的阴极参与第一步过程。
[0016]光阴极为表面负载MoSj^P-型半导体，P-型半导体的材料为S1、CdSe, CdTe,CuInxGa1 xSe2或 CuIn ^iGa1 XS2；
[0017]普通阴极为表面负载MoS2的非贵金属、碳电极或导电玻璃。
[0018]阳极为碳电极、导电玻璃或非贵金属电极。
[0019]金属为T1、Cu或Fe，碳电极为碳纸或石墨，导电玻璃为FTO或ITO
[0020]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。
[0021]直流电源于阳极和阴极间施加的电压为O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。
[0022]电解液为水溶液或甲醇溶液，其中含有Na+、K\ Li+和H +中的一种或两种以上支持阳离子，电解液中支持阳离子摩尔浓度范围是1X10 3 — lOmol/L ;其中还含有CO32、Cl、SO42 ,PO43 ,NO3和OH中的一种或两种以上支持阴离子，电解液中支持阴离子摩尔浓度范围是1X10 3 — lOmol/L ;其中仅含有H+作为支持阳离子时，支持阴离子不能为CO 32或仅含有OH ;其中仅含有OH作为支持阴离子时，支持阳离子不能仅为H+;
[0023]阳极腔室和硫化氢腔室中的电解液成份中还含有Fe(CN)63 /Fe (CN) 64，其摩尔浓度为 1X10 5— 10mol/L ；
[0024]于硫化氢腔室的电解液中通入有硫化氢气体。
[0025]第一隔膜为Naf1n膜或石英砂筛板；
[0026]第二隔膜为石英砂筛板；
[0027]Naf1n膜的孔隙为0.001-10微米
[0028]石英砂筛板的孔隙为10-500微米。
[0029]本发明的光阴极主要是负载MoSj^ P-型半导体，如Si，CdSe, CdTe, CuIn ,Ga1 xSe2或CuInxGa1 XS2。本发明的阴极是负载MoS2的金属，碳电极或导电玻璃，如Ti，Cu，Fe，碳纸，石墨，FT0, ΙΤ0，本发明的阳极是非贵金属，如Ti，Cu，Fe。本发明的氧化还原电对是Fe (CN)63 /Fe (CN)64。
[0030]本发明所用的氧化还原电对有如下优点:
[0031]1.Fe (CN)63 /Fe (CN)64电对具有合适的氧化还原电势，快速氧化硫离子的同时，容易被阳极氧化；
[0032]2.CN配位的铁离子相较于未配位的铁离子具有更好的化学稳定性，不易生成氧化铁沉淀；
[0033]3.CN配位的铁离子带有负电且离子半径大，不易穿透第一隔膜到达阴极腔室进而导致效率降低；
[0034]4.CN配位的铁离子无毒，不挥发，对装置的腐蚀性低。
[0035]本发明的一种光电催化-化学环反应耦合分解硫化氢的装置由阴极腔室、硫化氢腔室和阳极腔室组成。
[0036]阳极腔室与硫化氢腔室相邻接，阳极腔室与硫化氢腔室通过第二隔膜相分隔；阴极腔室通过第一隔膜与阳极腔室和/或硫化氢腔室相分隔；
[0037]装置的结构包含有以下五种类型:
[0038]1.从左至右依次为阴极腔室、硫化氢腔室和阳极腔室。阴极腔室和硫化氢腔室之间由第一隔膜分开，硫化氢腔室和阳极腔室由第二隔膜分开。
[0039]2.从左至右依次为阴极腔室、阳极腔室和硫化氢腔室。阴极腔室和阳极腔室之间由第一隔膜分开，阳极腔室和硫化氢腔室由第二隔膜分开。
[0040]3.阴极腔室位于左侧，阳极腔室和硫化氢腔室并列位于右侧。位于左侧的阴极腔室和位于右侧的阳极腔室和硫化氢腔室之间由第一隔膜分开，阳极腔室和硫化氢腔室由第二隔膜分开。
[0041]4.阴极腔室位于左侧，阳极腔室位于右侧，阴极腔室和阳极腔室之间由第一隔膜分开，硫化氢腔室由第二隔膜包裹置于阳极腔室中。
[0042]5.阴极腔室位于左侧，硫化氢