Вонь как ресурс: расщепление сероводорода с помощью солнца
Любой, кто когда-либо разбивал протухшее яйцо, никогда не забудет его запах. Предприятия по производству биотоплива, очистные сооружения, а также перерабатывающие заводы могут производить огромное количество сероводорода, который при большой концентрации является крайне токсичным. Журнал Angewandte Chemie опубликовал информацию об инновационном фотоэлектрохимическом процессе, придуманном командой австралийских и китайских ученых. В результате реакции, осуществляющейся при помощи солнечной энергии, сероводород разделяется на составные части: серу и водород – и токсин превращается в источник сырья.
Для удаления сероводорода (H2S) из загрязняющих выхлопных газов, и для дальнейшего использования, применялись различные методы. Серу, в отличие от водорода, можно получить в результате некоторых реакций. Водород же является важнейшим источником энергии для будущих технологий топливных элементов.
К сожалению, невозможно разделить H2S, получив и водород и серу одновременно. Способ фотохимического расщепления кажется особенно привлекательным, поскольку солнечная энергия может быть использована для удовлетворения спроса на энергию этой реакции. Однако до сегодняшнего дня не существовало ни экономически, ни экологически целесообразного способа. Теперь ситуация может измениться благодаря команде ученых во главе с Линджоу Ван (Lianzhou Wang) (Квинслендский университет, Австралия) и Кэн Ли (Can Li) (Академия Наук Китая и Дялянская Лаборатория экологически чистой энергетики, Китай).
Они задумали фотохимическо-химическую петлю, реакция которой связанна через окислительно-восстановительную пару. Окислительно-восстановительная пара представляет собой сочетание восстановленной и окисленной взаимопревращаемой формы одного и того же элемента. Для своего способа исследователи использовали двух и трех валентные ионы железа (Fe2+/Fe3+) или йодид/трийодид (I−/I3−).
Газообразный сероводород вводится в электролит анодного отсека электрохимической ячейки. В результате химической реакции он связывается с окисленной формой окислительно-восстановительной пары (которая таким образом восстанавливается) и превращается в серу, которая выпадает в осадок в виде твердого вещества желтого цвета, и катионы водорода (протоны). Протоны могут проходить через полупроницаемую мембрану, которая разделяет анодный и катодный отсеки. Вторая реакция фотоэлектрохимическая: протоны восстанавливаются на катоде, принимая электроны. Восстановленная форма окислительно-восстановительной пары возвращается в окисленной форме, отдав электроны аноду. Движущей силой является солнечный свет, генерирующий «пары электронных дырок» на фотоаноде. Эти дырки затем заполняются поглощенными электронами.
Окислительно-восстановительная пара непрерывно циркулирует между окисленной и восстановленной формой, таким образом, в результате реакции и благодаря солнечному свету сероводород разделяется на серу и водород.
По материалам пресс-релиза журнала.
Егор Яковлев nauka21vek.ru