H2S是形成PM2.5的重要前驅體,高效脫除H2S日趨成為重要的研究課題。
(1)生物技術在酸性溶液中,利用微生物T.F菌能夠實現天然氣中H2S的脫除,其原理如圖1所示。該脫除過程總反應的化學方程式為 2H2S+O2═2S↓+2H2O2H2S+O2═2S↓+2H2O。
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(2)化學技術利用高溫加熱法能夠在脫除H2S的同時,還獲得H2和S2,實現資源再生,其反應原理為H2S(g)?H2(g)+12S2(g)。
①常壓下,將H2S以一定流速通過反應管,分別在無催化劑、Al2O3作催化劑條件下,反應相同時間,實驗測得H2S的轉化率與溫度的關系如圖2所示。溫度高于1100℃后,無論是否使用催化劑Al2O3,H2S的轉化率都幾乎相等,其原因是 1100℃時,Al2O3幾乎失去催化活性1100℃時,Al2O3幾乎失去催化活性。
②在Al2O3作催化劑條件下,保持反應器壓強、溫度不變,在H2S中按一定的比例摻入惰性氣體Ar,能提高熱分解反應時H2S的平衡轉化率,其原因是 溫度、壓強一定時,原料氣中摻入Ar相當于往平衡混合氣中充入稀有氣體,相當于減小壓強,促進平衡正向移動,從而提高H2S的平衡轉化率溫度、壓強一定時,原料氣中摻入Ar相當于往平衡混合氣中充入稀有氣體,相當于減小壓強,促進平衡正向移動,從而提高H2S的平衡轉化率。
(3)光催化技術在紫外光照射下,TiO2光催化劑表面的活性位點能將空氣中的O2和H2O轉化成具有強氧化性的光生自由基,光生自由基再將已吸附在催化劑活性位點上的H2S快速氧化生成硫酸鹽,實現H2S的高效脫除。
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①其他條件相同,向裝有8gTiO2光催化劑的反應艙內通入H2S。調整H2S的不同初始濃度,反應艙內H2S濃度隨時間變化關系如圖3所示。結合光催化技術原理分析,H2S初始濃度較小,其脫除速率較慢的原因是 H2S初始濃度較低時,TiO2光催化劑表面的活性位點吸附的H2S較少,氧化反應速率較慢H2S初始濃度較低時,TiO2光催化劑表面的活性位點吸附的H2S較少,氧化反應速率較慢。
②其他條件相同,反應艙內H2S初始濃度為30mg/m3。調整反應艙內TiO2光催化劑的質量,H2S殘留率隨時間變化關系如圖4所示。隨著TiO2光催化劑的質量增加,H2S脫除速率逐漸提高,但提高的程度在逐漸減小,其原因可能是 隨著TiO2光催化劑質量的增加,對H2S的吸附量增多,氧化反應速率加快;同時氧化反應生成更多的硫酸鹽,覆蓋在TiO2光催化劑的活性位點上,導致單位質量的TiO2光催化劑能夠產生的光生自由基的量相對減少,所以脫除H2S的速率增加減緩隨著TiO2光催化劑質量的增加,對H2S的吸附量增多,氧化反應速率加快;同時氧化反應生成更多的硫酸鹽,覆蓋在TiO2光催化劑的活性位點上,導致單位質量的TiO2光催化劑能夠產生的光生自由基的量相對減少,所以脫除H2S的速率增加減緩。
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【答案】2H2S+O2═2S↓+2H2O;1100℃時,Al2O3幾乎失去催化活性;溫度、壓強一定時,原料氣中摻入Ar相當于往平衡混合氣中充入稀有氣體,相當于減小壓強,促進平衡正向移動,從而提高H2S的平衡轉化率;H2S初始濃度較低時,TiO2光催化劑表面的活性位點吸附的H2S較少,氧化反應速率較慢;隨著TiO2光催化劑質量的增加,對H2S的吸附量增多,氧化反應速率加快;同時氧化反應生成更多的硫酸鹽,覆蓋在TiO2光催化劑的活性位點上,導致單位質量的TiO2光催化劑能夠產生的光生自由基的量相對減少,所以脫除H2S的速率增加減緩
【解答】
【點評】
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