专利名称:由硫化氢制取氢气的光化学方法
本发明与光分解作用有关。一方面本发明涉及由硫化氢生产氢气;另一方面本发明涉及硫化氢光分解制氢气;第三方面本发明涉及硫化氢在溶液中的光分解;第四方面本发明涉及用于分解硫化氢的溶液中存在碱性化合物。
使用可见光对硫化氢进行光分解之所以重要是因为这种方法有可能利用我们极丰富的且极廉价的能源-太阳。利用太阳能处理污染物质的水溶液以分解有害污染物具有经济上的优越性，这点是易于被人们认识到的。人们也同样能认识到利用硫化氢做为氢气和硫的一种很经济的来源同样是重要的。
因此本发明的第一个目的是提供一种光分解硫化氢制取氢气的方法。本发明的第二个目的是提供一种依靠利用太阳能制取氢气的工艺方法。本发明的第三个目的是提供一种在生态学上是合理的、利用太阳能分解硫化氢的方法。
本发明涉及的其它方面、目的及各种优点在研究过本说明书、附图及权项之后将会更加明了。
根据本发明，我们提供了一种通过光分解由硫化氢制氢气的方法。根据本方法，硫化氢溶解在碱性溶液介质中形成溶液，然后用可见光照射该溶液。
对本发明而言，可见光定义为具有波长为大约300毫微米(nm)至大约700毫微米(nm)的辐射。辐射的可见范围较短波长区域的一端与紫外线辐射重叠，较长波长在上端与红外线区相重叠。本发明所用的辐射能理想的波长范围为大约300nm至大约700nm，最佳范围为大约300nm至大约400nm。
虽然在本发明所述的方法中硫化氢所溶解的碱性液体介质最好是碱性化合物的水溶液，但碱性液体介质可以是任何pH值为碱性的并且可溶解硫化氢的液体介质。适用于溶解硫化氢的溶剂可以通过加入可溶性碱性化合物变为碱性，这些溶剂是诸如N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮和脂族醇一类的烷基吡咯烷酮，最好是含有1至5个碳原子的碱性化合物。
虽然任何与能溶解硫化氢的溶剂相配合的碱性化合物都能用于本发明，但特别可利用的是碱金属和碱土金属的氢氧化物，因为这些化合物易于得到，且相对价格便宜。氢氧化铵也属于特别可利用的化合物一类，也是因为它容易得到且价格便宜。
通过研究下述实施例以及相关的附图，可以更好地了解本发明所描述的工艺方法。
附图1是用来模拟本发明工艺过程所用装置的流程图;
附图2是8N NaOH水溶液里H2S∶OH-的摩尔比对氢气生产的影响图解。
下述各实施例做为说明本发明用，不应认为对本发明有限制性。
实施例Ⅰ在本例中讲述通过光诱导分解硫化氢溶液以制取氢气的实验方案。
光分解所用的装置如附图1所示。采用Oriel公司250W或90W高压水银灯1只做为光源。在使用90W灯做光源的实例里，数据已经标准化为250W光通量的灯实例的数据。放出的光通过派来克斯(pyrex)玻璃滤光片3(以及下述的光分解槽的派来克斯(pyrex)窗)，以便滤去所有波长小于大约290nm的紫外线辐射。250W水银灯的绝对光量子效率根据赖内克特盐光能测定法(Reineckate′s Salt Actinometry)，使用三带通滤光片标定(见Journal of The American Chemical Society，88，394页，1966)。每个光片所标定的光通量为
带通(nm) 通量(光量子/分)440 3.1×1018400 2.0×1019350 1.2×1019通过滤光片3的可见光经派来克斯(pyrex)窗7进入光分解槽5。用磁性搅拌棒11搅动要进行光分解的含硫化氢溶液9。含硫化氢的原料气体经鼓泡管13引入，含氢气的产品气体经装有压力计17及气体循环泵19的管线15排出。一小部分产品气体经GC环路21分流到气体色谱仪进行产品气流分析。
产品气体的主要部分经泵打入一个250CC的气体稳定器23，并循环到光分解槽5。新鲜H2S经辅助气体输入管25引入。光分解槽装有热偶套管27用来测量溶液的温度(一般为26-34℃)。
实施例Ⅱ本例说明采用实例Ⅰ所述装置，光诱导分解饱合了H2S的NaOH水溶液生产氢气的方法。所有实验是在温度为大约30-35℃之间进行的，每次实验时间为6-7小时。表Ⅰ汇总了氢气的生产速率与NaOH浓度的函数关系。
表ⅠNaOH浓度(摩尔/升) H2生产速率(毫升/小时)0.0 0.01.0 0.412.0 0.664.0 0.876.0 0.708.0 0.85表Ⅰ中的数据说明，在中性水中的H2S溶液，没有H2生成。可以相信对于任何有意义的H2S光分解和氢气生产，NaOH的浓度至少需要0.1摩尔/1升(水)(0.1克当量/1升OH-;0.1N)。可以认为，NaOH的体积摩尔浓度为大约2-8摩尔/升是生产最大量H2的最佳范围。
实施例Ⅲ附图2说明根据实例Ⅰ的步骤，8N NaOH水溶液中H2S与OH-摩尔比对氢气生产的影响。附图2指出对于任何可观的H2生产，至少需要每摩尔NaOH大约0.2摩尔H2S的比例。每摩尔NaOH至少0.4摩尔H2S的比例更为可取。上述的比例为1.0或更高时将达到最大的氢气生产率。可以相信在H2S∶NaOH比例高时，可能形成含有SH-离子与H2S的络合物，而这些络合物降低了H2S分解的能叠。
实施例Ⅳ本例说明在光分解H2S时其它碱性物质的采用。表Ⅱ中的数据表示按照实施例Ⅰ的步骤2N碱的水溶液的平衡离子，在溶解的H2S光分解时不是关键参数。
表Ⅱ碱 H2的生产速率(毫升/小时)NaOH 0.59LiOH 0.51NH4OH 0.48用30毫升N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)与0.1-0.2克NaOH的溶液溶解500毫升气态H2S(在标准温度及压力条件下)。根据实施例Ⅰ的步骤光分解该溶液，每小时生产0.21-0.23毫升H2。如果NMP中不加入NaOH，光分解作用不导致H2生成。
权利要求
1.由H2S制取H2的方法，包括下列步骤(1)在碱性液体介质中溶解H2S；(2)用可见光照射上述溶解于碱性液体介质中的H2S溶液。
2.根据权项1所述的方法，其中所述的碱性液体介质为碱性化合物的水溶液。
3.根据权项1所述的方法，其中所述的碱性液体介质为碱性化合物在N-甲基吡咯烷酮中的溶液。
4.根据权项2所述的方法，其中所述的碱性化合物从NaOH，LiOH，及NH4OH中选择。
5.根据权项4所述的方法，其中所述的碱性化合物为NaOH。
6.根据权项3所述的方法，其中所述的碱性化合物为NaOH。
7.根据权项5所述的方法，其中所述的碱性化合物的水溶液的体积摩尔浓度为大约2到大约8摩尔NaOH/l。
8.根据权项6所述的方法，其中所述的碱性化合物溶液的体积摩尔浓度为大约2到大约8摩尔NaOH/l。
专利摘要
使用可见光照射溶解于碱性液体介质中的H
文档编号C01B3/00GK86102715SQ86102715
公开日1986年12月10日 申请日期1986年4月17日
发明者约翰·亨利·科尔茨, 詹姆斯·贝利·基姆伯, 约瑟夫·埃默森·费加德, 多纳德·胡伯特·库比塞克 申请人:菲利浦石油公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan