Un nuevo catalizador puede convertir el maloliente sulfuro de hidrógeno en una fuente de ingresos

Oct 14, 2023

HOUSTON – (31 de octubre de 2022) – Los ingenieros y científicos de la Universidad Rice han creado una manera agradable para que las refinerías petroquímicas conviertan un subproducto maloliente en dinero en efectivo.

El gas sulfuro de hidrógeno tiene el inconfundible aroma de huevos podridos. A menudo emana de alcantarillas, corrales y vertederos, pero es particularmente problemático para las refinerías, plantas petroquímicas y otras industrias, que producen miles de toneladas de gas nocivo cada año como subproducto de procesos que eliminan el azufre del petróleo, el gas natural y el carbón. y otros productos.

En un estudio publicado en la revista de alto impacto ACS Energy Letters de la American Chemical Society, la ingeniera, física y química de Rice, Naomi Halas, y sus colaboradores describen un método que utiliza nanopartículas de oro para convertir el sulfuro de hidrógeno en gas hidrógeno y azufre de alta demanda en un solo paso. . Mejor aún, el proceso de un solo paso obtiene toda su energía de la luz. Los coautores del estudio incluyen a Peter Nordlander de Rice, Emily Carter de la Universidad de Princeton y Hossein Robatjazi de Syzygy Plasmonics.

"Las emisiones de sulfuro de hidrógeno pueden generar fuertes multas para la industria, pero su remediación también es muy costosa", dijo Halas, un pionero de la nanofotónica cuyo laboratorio ha pasado años desarrollando nanocatalizadores activados por luz comercialmente viables. “La frase 'cambio de juego' se usa en exceso, pero en este caso se aplica. La implementación de la fotocatálisis plasmónica debería ser mucho menos costosa que la remediación tradicional y tiene el potencial adicional de transformar una carga costosa en un bien cada vez más valioso”.

Cada molécula de gas sulfuro de hidrógeno (H2S) contiene un par de átomos de hidrógeno y un átomo de azufre. Cada molécula de gas hidrógeno de combustión limpia (H2), el producto básico de la economía del hidrógeno, contiene un par de átomos de hidrógeno. En el nuevo estudio, el equipo de Halas salpicó la superficie de granos de polvo de dióxido de silicio con pequeñas islas de oro. Cada isla era una nanopartícula de oro de aproximadamente 10 milmillonésimas de metro de diámetro que interactuaría fuertemente con una longitud de onda específica de luz visible. Estas reacciones plasmónicas crean "portadores calientes", electrones de vida corta y alta energía que pueden impulsar la catálisis.

En el estudio, Halas y sus coautores utilizaron una configuración de laboratorio y demostraron que un banco de luces LED podía producir fotocatálisis de portadores calientes y convertir eficientemente H2S directamente en gas H2 y azufre. Eso es un marcado contraste con la tecnología catalítica establecida que utilizan las refinerías para descomponer el sulfuro de hidrógeno. Conocido como proceso Claus, produce azufre pero no hidrógeno, que en cambio convierte en agua. El proceso Claus también requiere múltiples pasos, incluidos algunos que requieren cámaras de combustión calentadas a aproximadamente 1,500 grados Fahrenheit.

La tecnología de remediación de sulfuro de hidrógeno plasmónico ha sido autorizada por Syzygy Plasmonics, una nueva empresa con sede en Houston con más de 60 empleados, cuyos cofundadores incluyen a Halas y Nordlander.

Halas dijo que el proceso de remediación podría terminar teniendo costos de implementación lo suficientemente bajos y una eficiencia lo suficientemente alta como para resultar económico para limpiar el sulfuro de hidrógeno no industrial de fuentes como el gas de alcantarillado y los desechos animales.

"Dado que sólo requiere luz visible y no calefacción externa, el proceso debería ser relativamente sencillo de ampliar utilizando energía solar renovable o iluminación LED de estado sólido altamente eficiente", dijo.

El 3 de octubre, Halas y Nordlander recibieron el prestigioso Premio Eni Energy Transition 2022 en reconocimiento a sus esfuerzos para desarrollar catalizadores eficientes impulsados ​​por luz para la producción de hidrógeno a escala industrial.

Halas es profesor Stanley C. Moore de ingeniería eléctrica e informática de Rice y profesor de química, bioingeniería, física y astronomía, y ciencia de materiales y nanoingeniería. Nordlander es catedrático Wiess de Rice y profesor de Física y Astronomía, y profesor de ingeniería eléctrica e informática, y de ciencia de materiales y nanoingeniería. Carter es profesor Gerhard R. Andlinger de Energía y Medio Ambiente de Princeton en el Centro Andlinger para la Energía y el Medio Ambiente, asesor estratégico principal para ciencias de la sostenibilidad en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton y profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial y de matemáticas aplicadas y computacionales. Robatjazi es científico jefe de Syzygy Plasmonics y profesor adjunto de química en Rice.

La investigación fue apoyada por la Welch Foundation (C-1220, C-1222), la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (FA9550-15-1-0022) y la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa (HDTRA 1-16-1-0042). .

“Descomposición directa de H2S mediante fotocatálisis plasmónica: remediación eficiente más producción sostenible de hidrógeno” | Cartas de Energía ACS | DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01755

Minghe Lou, Junwei Lucas Bao, Linan Zhou, Gopal Narmada Naidu, Hossein Robatjazi, Aaron I. Bayles, Henry O. Everitt, Peter Nordlander, Emily A. Carter y Naomi J. Halas

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c01755

https://news-network.rice.edu/news/files/2022/10/1024_H2S-ill-lg.jpg TÍTULO: Una ilustración del proceso de remediación de un solo paso, impulsado por luz, para el gas de sulfuro de hidrógeno, posible gracias a un Fotocatalizador de oro creado en la Universidad Rice. (Imagen cortesía de Halas Group/Rice University)

https://news-network.rice.edu/news/files/2022/10/1024_H2S-nh30-lg.jpeg TÍTULO: Naomi Halas de la Universidad Rice es ingeniera, química, física y pionera en el campo de los nanomateriales activados por la luz. . (Foto de Jeff Fitlow/Universidad Rice)

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Ubicada en un campus boscoso de 300 acres en Houston, la Universidad Rice está constantemente clasificada entre las 20 mejores universidades del país según US News & World Report. Rice cuenta con escuelas muy respetadas de Arquitectura, Negocios, Estudios Continuos, Ingeniería, Humanidades, Música, Ciencias Naturales y Ciencias Sociales y es sede del Instituto Baker de Políticas Públicas. Con 4240 estudiantes universitarios y 3972 estudiantes de posgrado, la proporción de estudiantes universitarios por docente de Rice es de poco menos de 6 a 1. Su sistema de colegios universitarios residenciales construye comunidades muy unidas y amistades para toda la vida, solo una de las razones por las que Rice ocupa el puesto número 1 por su gran interacción entre raza y clase y el número 1 por calidad de vida según Princeton Review. Rice también está calificada como la de mejor valor entre las universidades privadas por Kiplinger's Personal Finance.