新的二氧化硫轉化方法可能會改變當前的工業技術

賓州州立大學的科學家稱，通過一步法，等離子增強的催化過程將尾氣中的二氧化硫轉化為純硫可能會為當前的多級熱，催化和吸收過程提供一種有希望的，對環境更友好的替代方案。

賓州州立大學EMS能源研究所副研究員王曉星說：“二氧化硫會引起諸如酸雨之類的重大環境問題，并且可能導致海洋酸化。” “硫也有助于細顆粒物在我們呼吸的空氣，可以比更嚴重的硫 氧化物本身。”

根據《柳葉刀》全球疾病負擔研究(2015年發布)，據估計，暴露于顆粒物會導致420萬人過早死亡和超過1億殘疾調整生命年，該壽命年可衡量因疾病，殘疾或死亡所致的損失年數。

Wang認為，當前的脫硫方法可以成功地從尾氣流中去除二氧化硫，但并非沒有明顯的缺點。

例如，煙氣脫硫技術是捕獲二氧化硫的最常用方法，但是這些過程會產生大量的固體廢物，需要以金屬硫酸鹽的形式進行處理。此外，這些過程產生需要額外處理的廢水，使得整個方法成本高昂且對環境不利。

另外，二氧化硫可以通過催化作用(一種由催化劑和通常為氫，甲烷或一氧化碳等還原劑引起的化學反應)還原為固體元素硫，然后用作肥料等的原料。然而，在傳統的催化方法中通常需要高溫以達到高轉化率。據科學家稱，這是不理想的，因為它會消耗大量能量，并且會降低催化劑的活性。

由于這些缺陷，Wang和他的同事測試了一種新穎的技術，即一步一步的低溫等離子體輔助催化工藝，該工藝無需高溫，并且產生的廢料比煙氣脫硫技術少得多。

為了測試此過程，研究小組將硫化鐵催化劑裝入填充床反應器中。然后，他們引入了氫氣和二氧化硫氣體混合物，它們以大約300華氏度的溫度通過催化劑床。然后，他們打開了非熱等離子體，反應立即開始發生。

完成該過程后，他們分析了樣品以查看氣體中有多少二氧化硫以及消耗了多少氫氣。他們還收集并分析了積聚在反應器底部的固體硫。他們在ACS催化和最新一期的《催化》雜志上發表了他們的研究結果。

Wang說：“我們使用的溫度為150攝氏度(約300華氏度)，高于硫的熔點，以避免硫沉積在催化劑上。” “通過該過程，催化劑顯示出非常好的穩定性。運行數小時后，我們看不到任何失活。活性和選擇性保持不變。”

研究人員還發現，該過程極大地促進了低溫下二氧化硫的還原，使用氫氣和甲烷分別將轉化率提高了148%至200%和87至120%。

工程設計，技術和專業計劃學院的助理教授西恩·克內希特(Sean Knecht)說，NTP之所以起作用，是因為高能電子與氣體分子相互作用，從而產生反應性物質(自由基，離子和受激分子)，從而能夠在低溫下進行各種化學反應。

克內希特說：“結果是，電子能夠在比熱催化低得多的溫度下通過離解和激發反應物來引發看似熱力學不利的化學反應。” “如我們所顯示的，如果這些反應可以在比熱催化的典型溫度低得多的溫度下進行，那么輸入到未來系統的功率將大大減少，這是很大的。”

Wang補充說，使用等離子可使他們僅用10瓦電就能達到最佳性能。另一個優點是，可以很容易地將可再生能源(例如風能或太陽能)應用于此過程，以向等離子體供電。