新しい触媒は臭い硫化水素をドル箱に変えることができる

Oct 05, 2023

ヒューストン – (2022 年 10 月 31 日) – ライス大学のエンジニアと科学者は、石油化学精製所が臭い副産物を現金に変える便利な方法を開発しました。

硫化水素ガスには、腐った卵のような独特の香りがあります。 このガスは下水道、倉庫、埋め立て地から発生することが多いですが、石油、天然ガス、石炭から硫黄を除去するプロセスの副産物として毎年数千トンの有毒ガスを生成する製油所、石油化学プラント、その他の産業にとっては特に問題です。およびその他の製品。

米国化学会の影響力の大きい学術誌「ACS Energy Letters」に掲載された研究で、ライスエンジニア、物理学者、化学者のナオミ・ハラス氏と共同研究者らは、金ナノ粒子を使用して硫化水素を単一ステップで需要の高い水素ガスと硫黄に変換する方法を説明している。 。 さらに良いことに、このワンステッププロセスではすべてのエネルギーが光から得られます。 研究の共著者には、ライスのピーター・ノードランダー氏、プリンストン大学のエミリー・カーター氏、シジジ・プラズモニクスのホセイン・ロバチャジ氏が含まれる。

「硫化水素の排出は産業界に高額の罰金を課す可能性があるが、その修復にも非常に費用がかかる」と、ナノフォトニクスのパイオニアであり、その研究室が商業的に実行可能な光活性化ナノ触媒の開発に何年も費やしてきたハラス氏は述べた。 「『ゲームチェンジャー』という言葉は使い古されていますが、この場合はそれが当てはまります。 プラズモニック光触媒の導入は従来の修復よりもはるかに安価であるはずであり、高価な負担をますます価値のある商品に変える可能性が追加されています。」

硫化水素ガス (H2S) の各分子には、1 対の水素原子と 1 つの硫黄原子が含まれています。 水素経済の主力商品であるクリーン燃焼水素ガス (H2) の各分子には、1 対の水素原子が含まれています。 新しい研究で、ハラスのチームは二酸化ケイ素粉末の粒子の表面に金の小さな島を点在させた。 それぞれの島は、特定の波長の可視光と強く相互作用する直径約100億分の1メートルの金ナノ粒子でした。 これらのプラズモニック反応は、触媒作用を引き起こす可能性のある短寿命の高エネルギー電子である「ホットキャリア」を生成します。

この研究で、ハラス氏と共著者らは実験室のセットアップを使用し、一連の LED ライトがホットキャリア光触媒作用を生成し、H2S を H2 ガスと硫黄に直接効率的に変換できることを示しました。 これは、製油所が硫化水素を分解するために使用している確立された触媒技術とはまったく対照的です。 クラウスプロセスとして知られるこのプロセスでは、硫黄は生成されますが、水素は生成されず、代わりに水に変換されます。 クラウスのプロセスには複数のステップも必要で、その中には華氏約 1,500 度に加熱された燃焼室が必要なステップも含まれます。

プラズモニック硫化水素修復技術は、ハラス氏とノードランダー氏が共同創設者に名を連ねる、ヒューストンに本拠を置き、従業員数60人以上の新興企業であるSyzygy Plasmonics社からライセンス供与されている。

ハラス氏は、この修復プロセスは、最終的には導入コストが十分低く、効率が十分に高く、下水道ガスや動物の排泄物などの非工業用硫化水素を除去するのに経済的になる可能性があると述べた。

「可視光だけが必要で外部加熱が必要ないことを考えると、再生可能太陽エネルギーや高効率の固体LED照明を使用してスケールアップするプロセスは比較的簡単になるはずです」と彼女は述べた。

10月3日、ハラスとノードランダーは、工業規模の水素製造のための効率的な光発電触媒を開発する取り組みが評価され、名誉ある2022年Eni Energy Transition Awardを受賞した。

ハラス氏は、ライス大学のスタンリー・C・ムーア電気・コンピュータ工学教授であり、化学、生物工学、物理学、天文学、材料科学、ナノ工学の教授でもある。 ノードランダー氏は、ライス大学のウィス教授であり、物理学および天文学の教授であり、電気工学およびコンピュータ工学、材料科学およびナノ工学の教授でもあります。 カーター氏は、プリンストンのエネルギー・環境アンドリンガーセンターのエネルギーと環境のゲルハルト・R・アンドリンガー教授であり、プリンストンプラズマ物理研究所の持続可能性科学の上級戦略顧問であり、機械工学、航空宇宙工学、応用数学、計算数学の教授でもある。 ロバチャジ氏は、Syzygy Plasmonics の主任科学者であり、Rice 大学の化学の非常勤教授です。