專利名稱:由硫化氫制取氫氣的光化學(xué)方法
本發(fā)明與光分解作用有關(guān)。一方面本發(fā)明涉及由硫化氫生產(chǎn)氫氣;另一方面本發(fā)明涉及硫化氫光分解制氫氣;第三方面本發(fā)明涉及硫化氫在溶液中的光分解;第四方面本發(fā)明涉及用于分解硫化氫的溶液中存在堿性化合物。
使用可見光對(duì)硫化氫進(jìn)行光分解之所以重要是因?yàn)檫@種方法有可能利用我們極豐富的且極廉價(jià)的能源-太陽。利用太陽能處理污染物質(zhì)的水溶液以分解有害污染物具有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性，這點(diǎn)是易于被人們認(rèn)識(shí)到的。人們也同樣能認(rèn)識(shí)到利用硫化氫做為氫氣和硫的一種很經(jīng)濟(jì)的來源同樣是重要的。
因此本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種光分解硫化氫制取氫氣的方法。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種依靠利用太陽能制取氫氣的工藝方法。本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種在生態(tài)學(xué)上是合理的、利用太陽能分解硫化氫的方法。
本發(fā)明涉及的其它方面、目的及各種優(yōu)點(diǎn)在研究過本說明書、附圖及權(quán)項(xiàng)之后將會(huì)更加明了。
根據(jù)本發(fā)明，我們提供了一種通過光分解由硫化氫制氫氣的方法。根據(jù)本方法，硫化氫溶解在堿性溶液介質(zhì)中形成溶液，然后用可見光照射該溶液。
對(duì)本發(fā)明而言，可見光定義為具有波長(zhǎng)為大約300毫微米(nm)至大約700毫微米(nm)的輻射。輻射的可見范圍較短波長(zhǎng)區(qū)域的一端與紫外線輻射重疊，較長(zhǎng)波長(zhǎng)在上端與紅外線區(qū)相重疊。本發(fā)明所用的輻射能理想的波長(zhǎng)范圍為大約300nm至大約700nm，最佳范圍為大約300nm至大約400nm。
雖然在本發(fā)明所述的方法中硫化氫所溶解的堿性液體介質(zhì)最好是堿性化合物的水溶液，但堿性液體介質(zhì)可以是任何pH值為堿性的并且可溶解硫化氫的液體介質(zhì)。適用于溶解硫化氫的溶劑可以通過加入可溶性堿性化合物變?yōu)閴A性，這些溶劑是諸如N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮和脂族醇一類的烷基吡咯烷酮，最好是含有1至5個(gè)碳原子的堿性化合物。
雖然任何與能溶解硫化氫的溶劑相配合的堿性化合物都能用于本發(fā)明，但特別可利用的是堿金屬和堿土金屬的氫氧化物，因?yàn)檫@些化合物易于得到，且相對(duì)價(jià)格便宜。氫氧化銨也屬于特別可利用的化合物一類，也是因?yàn)樗菀椎玫角覂r(jià)格便宜。
通過研究下述實(shí)施例以及相關(guān)的附圖，可以更好地了解本發(fā)明所描述的工藝方法。
附圖1是用來模擬本發(fā)明工藝過程所用裝置的流程圖;
附圖2是8N NaOH水溶液里H2S∶OH-的摩爾比對(duì)氫氣生產(chǎn)的影響圖解。
下述各實(shí)施例做為說明本發(fā)明用，不應(yīng)認(rèn)為對(duì)本發(fā)明有限制性。
實(shí)施例Ⅰ在本例中講述通過光誘導(dǎo)分解硫化氫溶液以制取氫氣的實(shí)驗(yàn)方案。
光分解所用的裝置如附圖1所示。采用Oriel公司250W或90W高壓水銀燈1只做為光源。在使用90W燈做光源的實(shí)例里，數(shù)據(jù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化為250W光通量的燈實(shí)例的數(shù)據(jù)。放出的光通過派來克斯(pyrex)玻璃濾光片3(以及下述的光分解槽的派來克斯(pyrex)窗)，以便濾去所有波長(zhǎng)小于大約290nm的紫外線輻射。250W水銀燈的絕對(duì)光量子效率根據(jù)賴內(nèi)克特鹽光能測(cè)定法(Reineckate′s Salt Actinometry)，使用三帶通濾光片標(biāo)定(見Journal of The American Chemical Society，88，394頁，1966)。每個(gè)光片所標(biāo)定的光通量為
帶通(nm) 通量(光量子/分)440 3.1×1018400 2.0×1019350 1.2×1019通過濾光片3的可見光經(jīng)派來克斯(pyrex)窗7進(jìn)入光分解槽5。用磁性攪拌棒11攪動(dòng)要進(jìn)行光分解的含硫化氫溶液9。含硫化氫的原料氣體經(jīng)鼓泡管13引入，含氫氣的產(chǎn)品氣體經(jīng)裝有壓力計(jì)17及氣體循環(huán)泵19的管線15排出。一小部分產(chǎn)品氣體經(jīng)GC環(huán)路21分流到氣體色譜儀進(jìn)行產(chǎn)品氣流分析。
產(chǎn)品氣體的主要部分經(jīng)泵打入一個(gè)250CC的氣體穩(wěn)定器23，并循環(huán)到光分解槽5。新鮮H2S經(jīng)輔助氣體輸入管25引入。光分解槽裝有熱偶套管27用來測(cè)量溶液的溫度(一般為26-34℃)。
實(shí)施例Ⅱ本例說明采用實(shí)例Ⅰ所述裝置，光誘導(dǎo)分解飽合了H2S的NaOH水溶液生產(chǎn)氫氣的方法。所有實(shí)驗(yàn)是在溫度為大約30-35℃之間進(jìn)行的，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)間為6-7小時(shí)。表Ⅰ匯總了氫氣的生產(chǎn)速率與NaOH濃度的函數(shù)關(guān)系。
表ⅠNaOH濃度(摩爾/升) H2生產(chǎn)速率(毫升/小時(shí))0.0 0.01.0 0.412.0 0.664.0 0.876.0 0.708.0 0.85表Ⅰ中的數(shù)據(jù)說明，在中性水中的H2S溶液，沒有H2生成。可以相信對(duì)于任何有意義的H2S光分解和氫氣生產(chǎn)，NaOH的濃度至少需要0.1摩爾/1升(水)(0.1克當(dāng)量/1升OH-;0.1N)?？梢哉J(rèn)為，NaOH的體積摩爾濃度為大約2-8摩爾/升是生產(chǎn)最大量H2的最佳范圍。
實(shí)施例Ⅲ附圖2說明根據(jù)實(shí)例Ⅰ的步驟，8N NaOH水溶液中H2S與OH-摩爾比對(duì)氫氣生產(chǎn)的影響。附圖2指出對(duì)于任何可觀的H2生產(chǎn)，至少需要每摩爾NaOH大約0.2摩爾H2S的比例。每摩爾NaOH至少0.4摩爾H2S的比例更為可取。上述的比例為1.0或更高時(shí)將達(dá)到最大的氫氣生產(chǎn)率?？梢韵嘈旁贖2S∶NaOH比例高時(shí)，可能形成含有SH-離子與H2S的絡(luò)合物，而這些絡(luò)合物降低了H2S分解的能疊。
實(shí)施例Ⅳ本例說明在光分解H2S時(shí)其它堿性物質(zhì)的采用。表Ⅱ中的數(shù)據(jù)表示按照實(shí)施例Ⅰ的步驟2N堿的水溶液的平衡離子，在溶解的H2S光分解時(shí)不是關(guān)鍵參數(shù)。
表Ⅱ堿 H2的生產(chǎn)速率(毫升/小時(shí))NaOH 0.59LiOH 0.51NH4OH 0.48用30毫升N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)與0.1-0.2克NaOH的溶液溶解500毫升氣態(tài)H2S(在標(biāo)準(zhǔn)溫度及壓力條件下)。根據(jù)實(shí)施例Ⅰ的步驟光分解該溶液，每小時(shí)生產(chǎn)0.21-0.23毫升H2。如果NMP中不加入NaOH，光分解作用不導(dǎo)致H2生成。
權(quán)利要求
1.由H2S制取H2的方法，包括下列步驟(1)在堿性液體介質(zhì)中溶解H2S；(2)用可見光照射上述溶解于堿性液體介質(zhì)中的H2S溶液。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的方法，其中所述的堿性液體介質(zhì)為堿性化合物的水溶液。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的方法，其中所述的堿性液體介質(zhì)為堿性化合物在N-甲基吡咯烷酮中的溶液。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)2所述的方法，其中所述的堿性化合物從NaOH，LiOH，及NH4OH中選擇。
5.根據(jù)權(quán)項(xiàng)4所述的方法，其中所述的堿性化合物為NaOH。
6.根據(jù)權(quán)項(xiàng)3所述的方法，其中所述的堿性化合物為NaOH。
7.根據(jù)權(quán)項(xiàng)5所述的方法，其中所述的堿性化合物的水溶液的體積摩爾濃度為大約2到大約8摩爾NaOH/l。
8.根據(jù)權(quán)項(xiàng)6所述的方法，其中所述的堿性化合物溶液的體積摩爾濃度為大約2到大約8摩爾NaOH/l。
專利摘要
使用可見光照射溶解于堿性液體介質(zhì)中的H
文檔編號(hào)C01B3/00GK86102715SQ86102715
公開日1986年12月10日 申請(qǐng)日期1986年4月17日
發(fā)明者約翰·亨利·科爾茨, 詹姆斯·貝利·基姆伯, 約瑟夫·埃默森·費(fèi)加德, 多納德·胡伯特·庫比塞克 申請(qǐng)人:菲利浦石油公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan