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研究人員發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的納米復(fù)合材料，可用于吸附有害氣體
文章來(lái)源：賢集網(wǎng)     更新時(shí)間：2022-09-16 15:04:15
發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上的一篇研究論文描述了一種用于深度脫硫的有前途的三元金屬氧化物納米復(fù)合吸附劑。采用單步共沉淀法制備 Mn-Zn-Fe 氧化物納米復(fù)合材料，用于在環(huán)境溫度下去除SO 2和 H 2 S 氣體。



H 2 S 和 SO 2帶來(lái)的威脅



二氧化硫 (SO 2 ) 和硫化氫 (H 2 S) 是臭名昭著的空氣污染物，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境和人類健康問(wèn)題。硫化氫（H 2 S）氣體無(wú)色，有腐爛雞蛋的惡臭，劇毒、腐蝕性、可燃。



由于H 2 S 的密度比空氣大，容易在通風(fēng)不良的低洼處積聚。它僅以百萬(wàn)分之五 (PPM) 刺激喉嚨、鼻子和眼睛，并且在濃度大于 1000 ppm 時(shí)是致命的。H 2 S 氣體可以轉(zhuǎn)化為二氧化硫（SO 2），其隨后的水解會(huì)導(dǎo)致酸雨。



SO 2是一種無(wú)色有毒氣體，具有強(qiáng)烈的惡臭。它可能導(dǎo)致各種呼吸系統(tǒng)問(wèn)題，包括肺部感染和慢性支氣管炎。暴露于濃度超過(guò) 100 ppm 的 SO 2可能會(huì)致命。



火力發(fā)電站和汽車排放物是大氣中 SO 2的主要來(lái)源。為了最大限度地減少空氣污染并防止酸雨和煙霧形成等危險(xiǎn)情況，從源頭 消除 SO 2和 H 2 S 勢(shì)在必行。



H 2 S 和 SO 2的化學(xué)吸附機(jī)理



H 2 S 和 SO 2在吸附表面上的化學(xué)吸附是一種直接且經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)，可將這些氣體還原并礦化為無(wú)毒物質(zhì)，如硫和硫酸鹽。



化學(xué)吸附對(duì)于天然氣凈化和煙氣脫硫等具有根本挑戰(zhàn)性和資金需求的活動(dòng)特別有效。



由于存在弱堿性位點(diǎn)以及堿性羥基，金屬氧化物在這方面很有前景。這些可能與 H 2 S 和 SO 2氣體結(jié)合，這些氣體本質(zhì)上是酸性的，并起到電子供體的作用。



如果水分子也存在，金屬氧化物對(duì)H 2 S 和SO 2 氣體的表面反應(yīng)性將會(huì)增強(qiáng)。



金屬氧化物表面的水層首先發(fā)生解離反應(yīng)，增加羥基濃度。然后吸附劑表面的水層溶解H 2 S和SO 2氣體分子，降低與金屬氧化物表面反應(yīng)接觸的活化能，最終有利于化學(xué)吸附過(guò)程。



研究人員做了什么？



該團(tuán)隊(duì)使用單步共沉淀方法制造了一種廉價(jià)的 Mn-Zn-Fe 三元金屬氧化物納米復(fù)合材料，用于在潮濕環(huán)境中的環(huán)境溫度下去除SO 2和 H 2 S 氣體。



對(duì)于 SO 2和 H 2 S，選擇 100 和 500 ppm 的濃度來(lái)準(zhǔn)確描述工業(yè)可用性和去除這些污染物的有效性。



金屬氧化物在潮濕環(huán)境中表現(xiàn)最佳，完全礦化為無(wú)毒副產(chǎn)物。



除了研究影響吸附機(jī)制的成分外，還使用不同的顯微鏡和光譜方法徹底研究了吸附動(dòng)力學(xué)。



重要發(fā)現(xiàn)



二氧化錳、氧化鋅和鐵氧體被用來(lái)制造金屬氧化物納米復(fù)合材料。使用化學(xué)吸附在室溫下在濕和干設(shè)置中對(duì) SO2 和 H2S 氣體的去除進(jìn)行了評(píng)估。



SO 2和H 2 S 氣體分子在地表水層中的溶解和分解使吸附劑在潮濕環(huán)境中表現(xiàn)出更高的氣體去除能力。在較小的吸附劑負(fù)載和流速下，金屬氧化物的吸附能力更好。



H 2 S 氣體礦化為硫、硫化物和亞硫酸鹽，經(jīng)徹底的光譜調(diào)查證實(shí)。鐵和錳的氧化還原過(guò)程在分子氧和吸附水的存在下調(diào)節(jié)礦化過(guò)程。



盡管鋅離子不參與氧化反應(yīng)，但Zn 2+最有可能與亞硫酸鹽和硫化物反應(yīng)。SO 2礦化與硫酸鹽的產(chǎn)生有關(guān)，這是由氧化環(huán)境中鐵和錳的氧化還原活性驅(qū)動(dòng)的。



研究結(jié)果表明，三元金屬氧化物納米復(fù)合材料可以在干濕環(huán)境中實(shí)現(xiàn)小濃度SO 2和H 2 S的礦化和氣體去除。



該團(tuán)隊(duì)最終開發(fā)出一種獨(dú)特的吸附材料，用于有效礦化和去除有害含硫物質(zhì)的氣體，這可能在深度脫硫操作中證明是有用的。



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