ChemPhotoChem：H₂S和CO₂转化反应的热力学研究及光对反应的促进作用

H₂S和CO₂作为常见的酸性气体，广泛存在于多个工业领域，不仅对工业应用造成危害，还威胁生物健康和环境。然而，这两种气体也具有回收利用的价值。目前，工业处理主要采用克劳斯法氧化H₂S生产硫和水，但对CO₂的处理往往被忽视，导致大量温室气体排放。因此，探索H₂S和CO₂混合酸气的合理转化利用对实现化工行业的绿色可持续发展至关重要。研究人员通过热力学模拟对反应转化率和产物进行了多项研究，揭示了高温有利于CO和S₂产物转化，并通过DFT计算分析了反应机理。这些研究成功实现了将H₂S和CO₂转化为CO、S或COS等有价值产物。然而，对进料比、压力、副产物等因素的影响仍缺乏系统研究，且作为绿色能源的H₂产物研究甚少。未来研究应探索高效转化H₂S和CO₂的替代绿色清洁方法。光热催化作为一种新型技术，可在光场和热场双重驱动下显著提高化学反应速率，已广泛应用于多个领域。然而，目前关于使用光热催化转化H₂S和CO₂的研究仍然有限，需深入探索。

西南石油大学周莹教授团队近期对H₂S和CO₂的热催化反应进行了系统的热力学研究。研究首先通过分析吉布斯自由能和焓变，确定了热力学上最可能发生的反应。随后，考察了温度、进料比、压力和COS引入等因素对反应转化率、产物收率和分布的影响，以探索最佳反应条件。最后，使用5%Mo/Al₂O₃作为催化剂进行热催化和光热催化对比实验，研究光引入对反应的影响。实验结果显示，1200℃以下的主要产物为CO、H₂O、H₂、COS和S₂。提高温度可有效提高转化率；增加H₂S与CO₂的进料比可促进CO₂转化，有利于H₂、CO和COS生成，同时抑制H₂O生成；增压不利于反应进行，而COS引入则起促进作用。在热催化和光热催化对比中，相同条件下，热催化主要生成COS，而光热催化则倾向于生成H₂和CO，同时减少COS产量，表明光的引入改变了反应路径。这项研究不仅深入探讨了H₂S和CO₂热催化转化的热力学特性，还揭示了光热催化在改变反应选择性方面的潜力。

论文信息

Thermodynamic Reaction Study of Conversion of H₂S and CO₂ and the Promoting Effect of Light on the Reaction

Yuangang Duan, Prof. Shan Yu, Zhen He, Jingyuan Huang, Fushen Wang, Mengyao Fu, Zeai Huang, Prof. Ying Zhou

ChemPhotoChem

DOI: 10.1002/cptc.202400125