Se sabe que el sulfuro de hidrógeno, famoso por su aroma a huevos podridos, es altamente venenoso y corrosivo, especialmente en aplicaciones de aguas residuales. Las plantas petroquímicas y otras industrias producen miles de toneladas de este gas cada año como subproducto de varios procesos que separan el azufre del petróleo, el gas natural, el carbón y otros productos.
Por: Interesting Engineering / Traducción de Morfema Press
Ahora, los ingenieros y científicos de la Universidad de Rice han ideado una nueva forma para que esas industrias petroquímicas conviertan el gas nocivo en gas de hidrógeno de «alta demanda» .
La ingeniera, física y química de Rice Naomi Halas y el equipo han creado un método que obtiene energía de la luz y emplea nanopartículas de oro para convertir el sulfuro de hidrógeno y el azufre en un solo paso.
En comparación, las refinerías de tecnología catalítica actuales funcionan mediante un método conocido como proceso Claus, que requiere varios pasos. Además, produce azufre pero no hidrógeno, que se convierte en agua.
«Las emisiones de sulfuro de hidrógeno pueden resultar en fuertes multas para la industria, pero la remediación también es muy costosa», dijo en un comunicado Halas, un pionero en 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 producto cada vez más valioso».
Según Halas, el proceso es económico; podría tener bajos costos de implementación y alta eficiencia para limpiar el sulfuro de hidrógeno no industrial de fuentes como el gas de alcantarillado y los desechos animales.
El proceso de remediación es económico y eficiente
El equipo salpicó la superficie de los granos de polvo de dióxido de silicio con pequeñas «islas» de oro, según el comunicado. Cada isla era una nanopartícula de oro que interactuaría con una longitud de onda de luz visible. Las reacciones crearon «portadores calientes», electrones de alta energía y de vida corta que pueden impulsar la catálisis.
En una configuración de laboratorio, el equipo demostró que un banco de luces LED podría producir «fotocatálisis portadora caliente» y convertir H2S directamente en gas H2 y azufre.
«Dado que solo requiere luz visible y ningún calentamiento externo, el proceso debería ser relativamente sencillo de ampliar utilizando energía solar renovable o iluminación LED de estado sólido altamente eficiente», agregó Halas.
Sus hallazgos se publican en la revista ACS Energy Letters de la American Chemical Society .
Resumen:
Las nanoestructuras metálicas plasmónicas han ganado un interés cada vez mayor como fotocatalizadores heterogéneos, que facilitan la activación de enlaces químicos y superan las altas demandas de energía de la catálisis térmica convencional. Aquí presentamos la fotocatálisis plasmónica altamente eficiente de la descomposición directa del sulfuro de hidrógeno en hidrógeno y azufre, una alternativa al proceso industrial Claus. Bajo iluminación de luz visible y sin fuente de calor externa, se puede observar una mejora de la reactividad de hasta 20 veces en comparación con la termocatálisis. La reactividad sustancialmente mejorada se puede atribuir a los portadores calientes (HC) mediados por plasmones que modifican la energía de la reacción. Con un cambio en el paso determinante de la velocidad de la reacción, se hace posible una nueva vía de reacción con una barrera de reacción aparente más baja.
