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研究人員發現經濟實惠的納米復合材料，可用于吸附有害氣體

文章來源：賢集網更新時間：2022-09-16 15:04:15

發表在《科學報告》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合吸附劑。采用單步共沉淀法制備 Mn-Zn-Fe 氧化物納米復合材料，用于在環境溫度下去除SO 2和 H 2 S 氣體。

H 2 S 和 SO 2帶來的威脅

二氧化硫 (SO 2 ) 和硫化氫 (H 2 S) 是臭名昭著的空氣污染物，會導致嚴重的環境和人類健康問題。硫化氫（H 2 S）氣體無色，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，容易在通風不良的低洼處積聚。它僅以百萬分之五 (PPM) 刺激喉嚨、鼻子和眼睛，并且在濃度大于 1000 ppm 時是致命的。H 2 S 氣體可以轉化為二氧化硫（SO 2），其隨后的水解會導致酸雨。

SO 2是一種無色有毒氣體，具有強烈的惡臭。它可能導致各種呼吸系統問題，包括肺部感染和慢性支氣管炎。暴露于濃度超過 100 ppm 的 SO 2可能會致命。

火力發電站和汽車排放物是大氣中 SO 2的主要來源。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情況，從源頭消除 SO 2和 H 2 S 勢在必行。

H 2 S 和 SO 2的化學吸附機理

H 2 S 和 SO 2在吸附表面上的化學吸附是一種直接且經濟有效的技術，可將這些氣體還原并礦化為無毒物質，如硫和硫酸鹽。

化學吸附對于天然氣凈化和煙氣脫硫等具有根本挑戰性和資金需求的活動特別有效。

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

如果水分子也存在，金屬氧化物對H 2 S 和SO 2 氣體的表面反應性將會增強。

金屬氧化物表面的水層首先發生解離反應，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接觸的活化能，最終有利于化學吸附過程。

研究人員做了什么？

該團隊使用單步共沉淀方法制造了一種廉價的 Mn-Zn-Fe 三元金屬氧化物納米復合材料，用于在潮濕環境中的環境溫度下去除SO 2和 H 2 S 氣體。

對于 SO 2和 H 2 S，選擇 100 和 500 ppm 的濃度來準確描述工業可用性和去除這些污染物的有效性。

金屬氧化物在潮濕環境中表現最佳，完全礦化為無毒副產物。

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

重要發現

二氧化錳、氧化鋅和鐵氧體被用來制造金屬氧化物納米復合材料。使用化學吸附在室溫下在濕和干設置中對 SO2 和 H2S 氣體的去除進行了評估。

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境中表現出更高的氣體去除能力。在較小的吸附劑負載和流速下，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，經徹底的光譜調查證實。鐵和錳的氧化還原過程在分子氧和吸附水的存在下調節礦化過程。

盡管鋅離子不參與氧化反應，但Zn 2+最有可能與亞硫酸鹽和硫化物反應。SO 2礦化與硫酸鹽的產生有關，這是由氧化環境中鐵和錳的氧化還原活性驅動的。

研究結果表明，三元金屬氧化物納米復合材料可以在干濕環境中實現小濃度SO 2和H 2 S的礦化和氣體去除。

該團隊最終開發出一種獨特的吸附材料，用于有效礦化和去除有害含硫物質的氣體，這可能在深度脫硫操作中證明是有用的。

原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_516503.html
來源：賢集網
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