本发明专利技术涉及一种利用可见光光催化分解Ｈ↓［２］Ｓ制取氢气的光催化剂及其制备方法。本发明专利技术通过共沉淀－水热法制备组成为（Ｈ↓［２］Ｔｉ↓［４］Ｏ↓［９］）↓［ｘ］（ＣｄＳ）↓［ｙ］（其中４ｘ＋ｙ＝１；０≤ｘ≤１，０≤ｙ≤１）的光催化剂，通过在催化剂表面同时担载贵金属和贵金属硫化物来提高光催化产氢的效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种分解H2S制取氢气的光催化剂，具体地说涉及一种利用可见光光催化分解石油和天然气开采或加工过程以及其他化学加工生产过程中产生的H2S制取氢气的光催化剂。本专利技术还涉及上述光催化剂的制备方法。
技术介绍
H2S是石油和天然气开采或加工过程及其他化学加工生产过程中产生的一种有害气体。目前，H2S主要是按Claus工艺处理以回收硫磺。其基本原理是2H2S+3O2→2H2O+2SO24H2S+2SO2→4H2O+6S虽然Claus工艺是一相对成熟的传统工艺，但仍然存在许多问题①在Claus工艺中，氢与氧结合，以水的形式排放。这样，氢被消耗而没有被回收利用；②在Claus工艺中，需要尾气处理过程，如SCOT过程等；③在加氢脱硫过程产生的酸性气是含碳氢化合物、H2、H2S的混合物。在Claus工艺之前需要对酸性气进行氨吸收处理；④在Claus工艺中，高温气相反应的控制和催化剂的维护方面存在一定的困难；⑤反应要在300～400℃进行，面对大规模天然气过程能耗很高。除Claus工艺外，部分H2S以湿法吸收处理。在湿法吸收过程中，H2S被碱性或含Fe3+等的溶液吸收。虽然该过程中不存在Claus工艺中的②③④⑤问题，但它仍然是一个氢消耗过程。这样，H2S中的氢并没有被有效的回收利用。而氢是一种高能量密度、高效率、清洁的能源，作为燃料电池的燃料，因其能量转化效率高，且对环境无污染，受到了工业界和社会的极大关注。此外，氢也是化学工业中最重要的原料之一，大量用于合成氨、合成甲醇石油精炼等工业中。太阳能是极其丰富和极为便宜的能源，因此，利用光催化的方法从H2S气体中同时回收氢气和硫的化合物是很重要的课题。日本专利特開昭62-19045以稀土类化合物为光催化剂光催化分解Na2S制氢的方法；日本专利特開2002-306966公布了以ZnS为光催化剂在紫外光照射下从H2S制取氢气和硫的方法；中国专利CN86102648、CN86102715公布了利用光化学法从H2S制取氢气的方法，其最佳波长范围是300nm～400nm。但是，太阳光谱中分布最强的成分集中在400nm～700nm。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分解H2S制取氢气的光催化剂。本专利技术的又一目的在于提供一种制备上述光催化剂的方法。为实现上述目的，本专利技术提供的光催化剂，其组成为(H2Ti4O9)x(CdS)y；式中4x+y＝1；O≤x≤1，O≤y≤1。所述的光催化剂，其中还含有重量百分比0.01～5％的贵金属和重量百分比0.01～5％的贵金属硫化物。所述的光催化剂，其中贵金属为Ru、Rh、Pd、Ir、Pt或/和Au。本专利技术提供的制备上述光催化剂的方法，其步骤如下a)将含钛化合物、含镉化合物的水溶液与含S2-、OH-的水溶液混合均匀；Ti4+、Cd2+的浓度分别是0.05～1mol·dm-3；b)过滤后所得沉淀于高压釜中于100-300℃热处理0.5-10天；c)经过滤、干燥得到光催化剂。所述的方法，其中含钛化合物可以从硫酸钛、氯化钛、硝酸钛、钛酸丁酯中选择，含镉化合物可以从硫酸镉、氯化镉、硝酸镉、乙酸镉中选择。所述的方法，其中将步骤c制备的光催化剂通过原位光沉积同时担载贵金属和贵金属硫化物。所述的方法，其中贵金属为Ru、Rh、Pd、Ir、Pt或/和Au。详细地说，本专利技术的光化学反应通过以下技术方案实现的先将H2S与NaOH反应形成Na2S溶液，然后在光催化剂和Na2SO3存在下用光照此溶液产生氢气。发生的化学反应如下H2S+2NaOH→Na2S+2H2ONa2S+Na2SO3+2H2O→H2+Na2S2O3+2NaOH本专利技术中采用CERAMAX的300W Xe灯模拟太阳光。因此，本专利技术实现了其主要目的，利用波长大于420nm的可见光从H2S中高效制取氢气。具体实施例方式本专利技术的实施例如下实施例1催化剂的制备过程11.99g硫酸钛、15.42g硝酸镉溶于500mL水中形成溶液A；28gNaOH、36g Na2S·9H2O溶于水中形成溶液B。在不断搅拌下将A加入到B中，继续搅拌10小时后，滤去830mL水，剩余浆状物转移至200mL内衬聚四氟乙烯的高压釜中在200℃水热处理12小时。经过滤、洗涤、真空干燥后得橙红色沉淀10.5g。改变Ti、Cd的比例，用同样的方法可制得不同组成的光催化剂。实施例2在120mL 0.83mol·dm-3S2-溶液中加入12.6g无水Na2SO3，0.3g光催化剂，2.74mL PdCl2溶液(每mL溶液含Pd 0.767mg)，2.4mL H2PtCl6溶液(每mL溶液含Pt 1.26mg)，然后稀释到200mL。以300W Xe灯为光源，用λ＞420nm的可见光照射此溶液，用气相色谱检测氢气的量。表1列出了不同CdS含量的光催化剂的产氢速率。表1、不同CdS含量的光催化剂的产氢速率 实施例3催化剂的制备和光反应过程如实施例1和实施例2，不同PdS、Pt的担载量的产氢速率如表2所示。表2、不同PdS、Pt的担载量的产氢速率 实施例41.26g硫酸钛、1.62g硝酸镉溶于400mL水中形成溶液A；0.84g NaOH、72g Na2S·9H2O溶于400mL水中形成溶液B。在不断搅拌下将A加入到B中，继续搅拌10小时后，过滤去，浆状物转移至200mL内衬聚四氟乙烯的高压釜中在200℃水热处理12小时。经过滤、洗涤、真空干燥后得橙红色沉淀。光催化反应过程如实施例2，氢气的生产速率为10.2mmol·h-1·g-1。实施例51.26g硫酸钛、1.62g硝酸镉溶于50mL水中形成溶液A；0.84g NaOH、72g Na2S·9H2O溶于50mL水中形成溶液B。在不断搅拌下将A加入到B中，继续搅拌10小时后，浆状物转移至120mL内衬聚四氟乙烯的高压釜中在200℃水热处理12小时。经过滤、洗涤、真空干燥后得橙红色沉淀。光催化反应过程如实施例2，氢气的生产速率为15.9mmol·h-1·g-1。实施例6催化剂的制备过程如实施例1，在200℃水热处理7天，光催化反应过程如实施例2，氢气的生产速率为21.1mmol·h-1·g-1。实施例7催化剂的制备如实施例1。在30mL 0.83mol·dm-3S2-溶液中加入0.3g光催化剂，然后稀释到200mL，分别担载1wt％的Au、Pd、Pt、Rh、Ir、Ru的金属，以300W Xe灯为光源照射此溶液，氢气的产生速率如表3所示。表3、担载不同金属的产氢速率 权利要求1.一种可见光光催化分解H2S制氢气的光催化剂，其组成为(H2Ti4O9)x(CdS)y；式中4x+y＝1；0≤x≤1，0≤y≤1。2.如权利要求1所述的光催化剂，其特征在于，光催化剂中还含有重量百分比0.01～5％的贵金属和重量百分比0.01～5％的贵金属硫化物。3.如权利要求2所述的光催化剂，其特征在于，所述贵金属为Ru、Rh、Pd、Ir、Pt或/和Au。4.一种制备权利要求1所述光催化剂的方法，其步骤如下a)将含钛化合物、含镉化合物的水溶液与含S2-、OH-的水溶液混合均匀；Ti4+、Cd2+的浓度分别是0.05～1mo1·dm-3；b)过滤后所得沉淀于高压釜中于100-300℃热处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可见光光催化分解Ｈ↓［２］Ｓ制氢气的光催化剂，其组成为（Ｈ↓［２］Ｔｉ↓［４］Ｏ↓［９］）↓［ｘ］（ＣｄＳ）↓［ｙ］；式中４ｘ＋ｙ＝１；０≤ｘ≤１，０≤ｙ≤１。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李灿，鄢洪建，马贵军，栾国有，雷志斌，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：91[]
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