Un nouveau catalyseur peut transformer un sous-produit de gaz malodorant en une vache à lait

Oct 10, 2023

Par Rice University3 décembre 2022

Un autre avantage est que la lumière est la seule source d’énergie utilisée dans le processus en une seule étape.

Des ingénieurs et des scientifiques de l'Université Rice ont mis au point un moyen permettant aux raffineries pétrochimiques de transformer un sous-produit malodorant en espèces.

Le gaz sulfuré d’hydrogène a une odeur distincte d’œufs pourris. Il émane fréquemment des égouts, des parcs à bestiaux et des décharges, mais il est particulièrement problématique pour les raffineries, les usines pétrochimiques et d’autres industries. Des milliers de tonnes de gaz nocifs sont produites chaque année en tant que sous-produit des processus d'élimination du soufre du pétrole, du gaz naturel, du charbon et d'autres produits dans ces endroits.

Naomi Halas, ingénieure, physicienne et chimiste de Rice, et ses collègues décrivent un processus qui utilise des nanoparticules d'or pour convertir le sulfure d'hydrogène en soufre et en hydrogène gazeux très demandé en une seule étape dans une étude récemment publiée dans la revue ACS Energy Letters. . Mieux encore, le processus en une seule étape n’a besoin que de la lumière comme source d’énergie. Les co-auteurs de l'étude comprennent Hossein Robatjazi de Syzygy Plasmonics, Emily Carter de l'Université de Princeton et Peter Nordlander de l'Université Rice.

Une illustration du processus d'assainissement en une étape, alimenté par la lumière, du sulfure d'hydrogène gazeux, rendu possible par un photocatalyseur en or créé à l'Université Rice. Crédit : Groupe Halas/Université Rice

"Les émissions de sulfure d'hydrogène peuvent entraîner de lourdes amendes pour l'industrie, mais la dépollution est également très coûteuse", a déclaré Halas, un pionnier de la nanophotonique dont le laboratoire a passé des années à développer des nanocatalyseurs activés par la lumière commercialement viables. « L'expression « changer la donne » est galvaudée, mais dans ce cas-ci, elle s'applique. La mise en œuvre de la photocatalyse plasmonique devrait être beaucoup moins coûteuse que la remédiation traditionnelle, et elle présente le potentiel supplémentaire de transformer un fardeau coûteux en un bien de plus en plus précieux.

Naomi Halas de l'Université Rice est ingénieure, chimiste, physicienne et pionnière dans le domaine des nanomatériaux activés par la lumière. Crédit : Jeff Fitlow/Université Rice

Each molecule of hydrogen sulfide gas (H2S) contains two hydrogen atoms and one sulfur atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> atome. Chaque molécule d’hydrogène gazeux (H2) à combustion propre, principal produit de l’économie de l’hydrogène, contient deux atomes d’hydrogène. L'équipe de Halas a saupoudré la surface des grains de poudre de dioxyde de silicium de minuscules îlots d'or dans la nouvelle étude. Chaque île était une nanoparticule d’or mesurant 10 milliardièmes de mètre qui interagissait fortement avec une certaine longueur d’onde de lumière visible. Ces réactions plasmoniques créent des « porteurs chauds », qui sont des électrons de courte durée et à haute énergie, capables de piloter la catalyse.

In the study, Halas and co-authors used a laboratory setup and showed a bank of LED lights could produce hot carrier photocatalysis and efficiently convert H2S directly into H2 gas and sulfur. That’s a stark contrast to the established catalytic technology refineries use to break down hydrogen sulfide. Known as the Claus process, it produces sulfur but no hydrogen, which it instead converts into water. The Claus process also requires multiple steps, including some that require combustion chambers heated to about 1,500 degrees FahrenheitThe Fahrenheit scale is a temperature scale, named after the German physicist Daniel Gabriel Fahrenheit and based on one he proposed in 1724. In the Fahrenheit temperature scale, the freezing point of water freezes is 32 °F and water boils at 212 °F, a 180 °F separation, as defined at sea level and standard atmospheric pressure. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Fahrenheit.

La technologie plasmonique d'assainissement du sulfure d'hydrogène a été autorisée par Syzygy Plasmonics, une startup basée à Houston comptant plus de 60 employés, dont les co-fondateurs incluent Halas et Nordlander.