Waste to Wealth: Discarded Cigarette Butt-Derived Metal-Free N-Rich Carbon Catalysts for the Selective Catalytic Oxidation of Hydrogen Sulfide to Sulfur

催化作用 硫化氢 硫黄 硫化物 化学 废物管理 碳纤维 有机化学 材料科学 复合数 工程类 复合材料
作者
Jintao Yang,Shuo Cui,Fei Zhao,Fang Wang,Jiayu Feng,Ping Ning,Lijuan Jia
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (45): 20267-20276 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c06461
摘要

The selective catalytic oxidation of toxic gas H2S to elemental sulfur (H2S-SCO) is a promising desulfurization process known for its dual benefits of recovering valuable sulfur resources and mitigating environmental pollution. Nevertheless, developing cost-effective and efficient catalysts for H2S-SCO remains a significant challenge. In this study, we synthesized a low-cost and metal-free nitrogen-rich carbon catalyst (NrCC) by copyrolyzing discarded cigarette butts (organic solid wastes that are difficult to degrade naturally) with urea for the continuous H2S-SCO process at a relatively low temperature. The NrCC exhibited exceptional catalytic performance, achieving complete H2S conversion to sulfur at 180 °C, and demonstrated excellent stability in humid (RH = 80%) and high CO2 concentration environments. The catalyst succeeded due to its developed pore structure (specific surface area as high as 2267.77 m2·g-1) and abundant pyridine-N sites. DFT calculations showed that the pyridine-N neighbor carbon sites were the active sites promoting H2S adsorption and dissociation. This study presents a novel "waste control by waste" strategy that integrates the utilization of organic solid waste resources with air pollution control measures, showcasing the potential for sustainable environmental solutions.
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