賓州州立大學(xué)的科學(xué)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(zhuǎn)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(huán)境更友好的替代方案。

賓州州立大學(xué)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(huán)境問題，并且可能導(dǎo)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(jù)《柳葉刀》全球疾病負擔研究(2015年發(fā)布)，據(jù)估計，暴露于顆粒物會導(dǎo)致420萬人過早死亡和超過1億殘疾調(diào)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(shù)。

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(shù)是捕獲二氧化硫的最常用方法，但是這些過程會產(chǎn)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(chǎn)生需要額外處理的廢水，使得整個方法成本高昂且對環(huán)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(xué)反應(yīng))還原為固體元素硫，然后用作肥料等的原料。然而，在傳統(tǒng)的催化方法中通常需要高溫以達到高轉(zhuǎn)化率。據(jù)科學(xué)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(shù)，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(chǎn)生的廢料比煙氣脫硫技術(shù)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(yīng)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(yīng)立即開始發(fā)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(yīng)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(fā)表了他們的研究結(jié)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(wěn)定性。運行數(shù)小時后，我們看不到任何失活?；钚院瓦x擇性保持不變。”

研究人員還發(fā)現(xiàn)，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(zhuǎn)化率提高了148%至200%和87至120%。

工程設(shè)計，技術(shù)和專業(yè)計劃學(xué)院的助理教授西恩·克內(nèi)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(chǎn)生反應(yīng)性物質(zhì)(自由基，離子和受激分子)，從而能夠在低溫下進行各種化學(xué)反應(yīng)。

克內(nèi)希特說：“結(jié)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(fā)反應(yīng)物來引發(fā)看似熱力學(xué)不利的化學(xué)反應(yīng)。” “如我們所顯示的，如果這些反應(yīng)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(tǒng)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(yōu)點是，可以很容易地將可再生能源(例如風(fēng)能或太陽能)應(yīng)用于此過程，以向等離子體供電。