Тройной нанокомпозит на основе оксида металла для удаления газов H2S и SO2 при комнатной температуре во влажных условиях

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 15387 (2022) Цитировать эту статью

1041 Доступов

2 цитаты

7 Альтметрика

Подробности о метриках

Тройной оксидный нанокомпозит Mn–Zn–Fe был изготовлен методом одностадийного соосаждения для удаления газов H2S и SO2 при комнатной температуре. Нанокомпозит содержит ZnO, MnO2 и ферриты с площадью поверхности 21,03 м2/г. Адсорбент оказался более эффективным в минерализации кислых сернистых газов во влажных условиях. Материал продемонстрировал максимальную способность удаления H2S и SO2 1,31 и 0,49 ммоль г-1 соответственно в оптимизированных экспериментальных условиях. Спектроскопические анализы подтвердили образование сульфидов, серы и сульфита как продуктов минерализации H2S. Кроме того, нанокомпозит может превращать SO2 в сульфат как единственный побочный продукт окисления. Окисление этих токсичных газов было вызвано растворением и диссоциацией молекул газа в воде, адсорбированной на поверхности, с последующим окислительно-восстановительным поведением ионов переходных металлов в присутствии молекулярного кислорода и воды. Таким образом, исследование представило потенциальный нанокомпозитный адсорбент для глубокого обессеривания.

Загрязнение воздуха является глобальной проблемой, которая усугубилась в результате различной антропогенной деятельности за последние многие десятилетия. Известно, что среди многочисленных загрязнителей воздуха, отравляющих воздух, сероводород (H2S) и диоксид серы (SO2) наносят серьезный ущерб здоровью человека и окружающей среде. H2S — это токсичный газ с резким запахом, выделяющийся из разложившихся органических веществ, нефтяной промышленности, тепловых электростанций, работающих на угле и природном газе, а также очистных сооружений1,2. Острое воздействие H2S на уровне 200–500 ppm может парализовать обонятельный нерв, а концентрация выше 500 ppm может привести к внезапной смерти2,3. Кроме того, преобразование H2S в SO2 и его гидролиз с образованием кислотных дождей может привести к закислению почвы и водоемов, что может иметь катастрофические последствия для растений и морской жизни соответственно4,5. SO2 — бесцветный токсичный газ с резким запахом, который может вызывать различные респираторные заболевания, такие как хронический бронхит и инфекции дыхательных путей6. Хотя низкой концентрации SO2, составляющей 1–5 частей на миллион, достаточно для дискомфорта человека, воздействие выше 100 частей на миллион может быть опасным для жизни7. Основными источниками выбросов SO2 в атмосферу являются тепловые электростанции и выбросы автотранспорта8. Таким образом, удаление H2S и SO2 из точки происхождения должно быть приоритетным, чтобы ограничить загрязнение воздуха и предотвратить катастрофические явления, такие как образование смога и кислотные дожди.

Химическая адсорбция этих токсичных газов на поверхности адсорбента является одним из наиболее простых и доступных методов адсорбции и минерализации газов H2S и SO2 до нетоксичных побочных продуктов, таких как сера и сульфаты9. Более того, хемосорбция очень эффективна для обессеривания дымовых газов и очистки природного газа, которые являются сложными как с фундаментальной, так и с финансовой точки зрения1,10. Для этой цели оксиды металлов продемонстрировали большой потенциал благодаря наличию слабых основных участков (кислорода решетки) и основных групп OH–, которые могут реагировать с кислыми газами, такими как H2S и SO2 (действуя как доноры электронов)11,12. Поверхностная реакционная способность оксидов металлов по отношению к этим газам может быть усилена в присутствии молекул воды. Во-первых, слой воды на поверхности оксида металла диссоциативно реагирует и повышает плотность гидроксила. Во-вторых, поверхностная пленка воды растворяет молекулы газа, что снижает энергетический барьер для реактивного взаимодействия с поверхностью оксида металла и, таким образом, способствует общему процессу хемосорбции13,14,15,16,17. Таким образом, стоит изучить положительное влияние воды при адсорбции кислых газов на оксидах металлов, чему и посвящена данная исследовательская работа. Кроме того, не менее важно изучить адсорбентные материалы для восстановления концентратов с низким содержанием H2S/SO2, чтобы подтвердить применимость адсорбентов в приложениях глубокой десульфурации и очистки газа.