냄새나는 황화수소를 현금화할 수 있는 새로운 촉매

Oct 14, 2023

휴스턴 – (2022년 10월 31일) – 라이스 대학의 엔지니어와 과학자들은 석유화학 정유소가 냄새나는 부산물을 현금으로 바꿀 수 있는 좋은 방법을 만들었습니다.

황화수소 가스에는 썩은 달걀 냄새가 확연히 들어있습니다. 이는 종종 하수구, 저장고 및 매립지에서 발생하지만 석유, 천연가스, 석탄에서 황을 제거하는 공정의 부산물로 매년 수천 톤의 유해 가스를 생산하는 정유소, 석유화학 플랜트 및 기타 산업에 특히 문제가 됩니다. 그리고 다른 제품.

American Chemical Society의 영향력 있는 저널 ACS Energy Letters에 발표된 연구에서 Rice 엔지니어, 물리학자, 화학자 Naomi Halas와 공동 연구자는 금 나노 입자를 사용하여 황화수소를 단일 단계에서 수요가 높은 수소 가스 및 황으로 변환하는 방법을 설명합니다. . 더 좋은 점은 원스텝 프로세스가 모든 에너지를 빛으로부터 얻는다는 것입니다. 연구 공동 저자로는 Rice의 Peter Nordlander, Princeton University의 Emily Carter 및 Syzygy Plasmonics의 Hossein Robatjazi가 있습니다.

"황화수소 배출은 산업계에 막대한 벌금을 부과할 수 있지만 복원 비용도 매우 비쌉니다."라고 실험실에서 상업적으로 실행 가능한 광 활성화 나노촉매를 개발하는 데 수년을 보냈던 나노포토닉스의 선구자인 Halas는 말했습니다. “'게임 체인저'라는 표현이 남용되는데 이 경우에는 적용됩니다. 플라즈몬 광촉매를 구현하는 것은 전통적인 치료보다 훨씬 저렴해야 하며 비용이 많이 드는 부담을 점점 더 가치 있는 상품으로 전환할 수 있는 추가 잠재력을 가지고 있습니다."

황화수소 가스(H2S)의 각 분자에는 한 쌍의 수소 원자와 한 개의 황 원자가 포함되어 있습니다. 수소 경제의 주요 원자재인 청정 연소 수소 가스(H2)의 각 분자에는 한 쌍의 수소 원자가 포함되어 있습니다. 새로운 연구에서 Halas 팀은 작은 금 섬으로 이산화규소 분말 입자 표면에 점을 찍었습니다. 각 섬은 가시광선의 특정 파장과 강하게 상호 작용하는 약 100억분의 1미터 크기의 금 나노입자였습니다. 이러한 플라즈몬 반응은 촉매 작용을 일으킬 수 있는 수명이 짧은 고에너지 전자인 "뜨거운 운반체"를 생성합니다.

이 연구에서 Halas와 공동 저자는 실험실 설정을 사용하여 LED 조명 뱅크가 뜨거운 캐리어 광촉매를 생성하고 H2S를 직접 H2 가스와 황으로 효율적으로 변환할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 정유소에서 황화수소를 분해하는 데 사용하는 확립된 촉매 기술과 극명한 대조를 이룹니다. 클라우스 공정(Claus process)으로 알려진 이 공정은 황을 생성하지만 수소는 생성하지 않고 대신 물로 전환합니다. 클라우스 프로세스에는 또한 화씨 약 1,500도까지 가열되는 연소실이 필요한 일부 단계를 포함하여 여러 단계가 필요합니다.

플라즈몬 황화수소 정화 기술은 Halas와 Nordlander를 공동 창업자로 포함하여 직원이 60명 이상인 휴스턴에 본사를 둔 스타트업 회사인 Syzygy Plasmonics의 라이선스를 받았습니다.

Halas는 복원 프로세스가 하수 가스 및 동물 폐기물과 같은 소스에서 비산업 황화수소를 경제적으로 청소할 수 있을 만큼 충분히 낮은 구현 비용과 충분히 높은 효율성을 가질 수 있다고 말했습니다.

“가시광선만 필요하고 외부 가열이 필요하지 않다는 점을 감안할 때 이 공정은 재생 가능한 태양 에너지나 고효율 고체 LED 조명을 사용하여 규모를 확장하는 것이 상대적으로 간단해야 합니다.”라고 그녀는 말했습니다.

10월 3일, Halas와 Nordlander는 산업 규모의 수소 생산을 위한 효율적인 광 동력 촉매를 개발하려는 노력을 인정받아 권위 있는 2022 Eni Energy Transition Award를 수상했습니다.

Halas는 Rice의 Stanley C. Moore 전기 및 컴퓨터 공학 교수이자 화학, 생명 공학, 물리학 및 천문학, 재료 과학 및 나노 공학 교수입니다. Nordlander는 Rice의 Wiess 의장이자 물리학 및 천문학 교수이자 전기 및 컴퓨터 공학, 재료 과학 및 나노공학 교수입니다. Carter는 프린스턴대학교 에너지 및 환경을 위한 Andlinger 센터의 에너지 및 환경 분야 Gerhard R. Andlinger 교수이자, 프린스턴 플라즈마 물리학 연구소의 지속 가능성 과학 수석 전략 고문이자, 기계 및 항공우주 공학과 응용 및 계산 수학 교수입니다. Robatjazi는 Syzygy Plasmonics의 수석 과학자이자 Rice의 화학 부교수입니다.