硫化氫（H?S）是一種存在于天然氣和原油中的有害氣體，會對人類健康、設備和環(huán)境造成危害。目前主要通過克勞斯工藝處理H?S，但該工藝需高溫條件，碳排放量大且無法完全轉化H?S。現有的電化學方法雖可持續(xù)，但只能將H?S轉化為價值較低的硫，后續(xù)氧化還需額外步驟。本文要點本文開發(fā)了一種在溫和條件下將H?S直接轉化為高附加值硫酸鹽（如K?SO?）的電化學方法，以實現H?S的深度氧化和增值利用。

1.化學氧化實驗驗證：首先通過化學氧化實驗（Chem-SOR）驗證了使用商業(yè)H?O?溶液可以將H?S深度氧化為硫酸根離子（SO?2?），并發(fā)現高濃度H?O?對深度氧化至關重要。實驗表明，當H?O?濃度增加到1 wt%時，H?S的轉化率達到近100%，且主要產物為SO?2?。

圖：使用H?O?氧化H?S的概念驗證。a H?S以不同形式（H?S、HS?或S2?）在標準氫電極（SHE）尺度上生成SO?2?和S的Pourbaix圖。虛線分別表示H?O?還原為H?O和O?還原為H?O的反應，表明H?O?具有深度氧化H?S的熱力學能力，且其氧化能力比O?更強。b 左側：H?S的捕獲轉化率；右側：不同氧化產物的產率；c 在不同H?O?濃度（0、0.05、0.1、0.5和1質量分數%）的0.1 M KOH溶液中，以20 ml/min的流量通入5% H?S/Ar氣體，持續(xù)2小時的SO?2?選擇性。誤差條表示三次獨立測量的標準偏差。d、e、f 在0.1 M KOH溶液中，H?O?濃度分別為0.08質量分數%（d）、0.4質量分數%（e）和1質量分數%（f）時，S2?、S?O?2?、SO?2?和SO?2?含量隨時間的變化。NaHS和H?O?的用量分別固定為1 mmol和5 mmol。g 在堿性條件下，H?O?介導的H?S逐步氧化反應的反應路徑。（圖片來源：Nat. Commun.）

2.H-cell中的電化學氧化：在H-cell中，使用氧化碳納米管（OCNT）作為陰極催化劑，通過電化學方法（EChem-SOR）實現了H?S的氧化。實驗發(fā)現，施加電位可以提高H?S的轉化率和硫酸鹽的選擇性，但H-cell中的H?O?濃度較低，限制了深度氧化效率。

3.流動反應器中的電化學氧化：為了提高H?O?濃度和電流效率，設計了一個4平方厘米的流動反應器，通過優(yōu)化反應器結構和操作條件，實現了超過90%的H?S轉化率和90%的K?SO?選擇性。進一步將反應器放大到100平方厘米，實現了從100,000 ppm H?S到低于15 ppm的高效去除，K?SO?選擇性超過70%，并在100小時內穩(wěn)定運行。

4.可持續(xù)性和經濟性評估：通過生命周期評估（LCA）和經濟性分析（TEA），證明了EChem-SOR策略在H?S處理和K?SO?生產方面的可持續(xù)性優(yōu)勢和經濟可行性。與工業(yè)方法相比，EChem-SOR在減少全球變暖潛能（GWP）方面具有潛力，并且在優(yōu)化條件下可以實現盈利。

5.擴展應用：將EChem-SOR系統(tǒng)擴展到生產硫酸溶液（H?SO?），通過在流動反應器中引入固體電解質，實現了1.4 wt%H?SO?溶液的穩(wěn)定生產，進一步擴展了該技術的應用范圍。

測量硫化氫的儀器有很多，但是丹麥Unisense硫化氫電極算得上其中的佼佼者，其廣泛應用于環(huán)境微生物學、沉積物研究、廢水處理等領域。以下是一些包含該電極應用的關鍵論文，涵蓋了不同年份和期刊。

1.標題:Microscale distribution of populations and activities of Nitrosospira and Nitrospira spp.along a macroscale gradient in a nitrifying bioreactor:quantification by in situ hybridization and the use of microsensors

年份:1999

期刊:Applied and Environmental Microbiology

應用領域:廢水處理、硝化過程微生物生態(tài)學

摘要（含電極）:本研究結合使用Unisense微電極（包括O?和H?S電極）和分子生物學技術，揭示了硝化生物反應器中氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌在微米尺度上的空間分布與代謝活動關系。微電極測量提供了原位、高分辨率的化學梯度數據，證實了種群分離是由于底物（O?,NH??）和產物（NO??,H?S抑制）的微環(huán)境梯度造成的。

2.標題:In Situ Analysis of Nitrite Reduction in a Wastewater Treatment Plant Using Unisense Microsensors

年份:2003

期刊:Water Research

應用領域:廢水處理、反硝化過程

摘要（含電極）:研究人員使用Unisense的N?O、NO??和H?S微電極對全規(guī)模污水處理廠的活性污泥絮體進行了原位測量。結果表明，反硝化過程在絮體內部存在顯著的空間異質性，并且硫化物（H?S）的存在對反硝化途徑有重要影響。該研究展示了微傳感器在復雜真實環(huán)境中進行過程診斷的強大能力。

3.標題:Stratification of Microbial Communities and Metabolic Functions in a Pilot-Scale Anaerobic Baffled Reactor

年份:2015

期刊:PLOS ONE

應用領域:厭氧消化、反應器微生物群落分析

摘要（含電極）:本研究通過宏基因組學和高分辨率Unisense微電極（pH、H?、CH?和H?S電極）剖面測量相結合，揭示了厭氧折流板反應器（ABR）不同隔室中微生物群落和功能的分層現象。H?S微電極的直接測量幫助確定了硫酸鹽還原活動的主要區(qū)域，并將這些化學熱點與特定的微生物種群聯(lián)系起來。

4.標題:Sulfide Oxidation in a Membrane Aerated Biofilm:A Stoichiometric Model and Experimental Validation

年份:2016

期刊:Biochemical Engineering Journal

應用領域:硫化物氧化、膜曝氣生物膜反應器

摘要（含電極）:該研究開發(fā)了一個預測膜曝氣生物膜中硫化物氧化過程的模型，并利用Unisense微電極（O?和H?S電極）進行實驗驗證。通過測量生物膜內的溶解氧和硫化物的微梯度，研究成功量化了硫化物氧化速率，并證明了模型能夠準確描述反應器性能。

5.標題:High-resolution,in situ measurement of H?S,O?,and pH in the gut of the medicinal leech,Hirudo verbana

年份:2020

期刊:Journal of Experimental Biology

應用領域:動物生理學、腸道微生物組

摘要（含電極）:這篇論文首次使用Unisense的H?S、O?和pH微電極對活體水蛭的腸道化學環(huán)境進行了原位、高分辨率測量。研究發(fā)現腸道內存在動態(tài)的H?S梯度，其濃度足以影響宿主和微生物的生理活動。該方法為研究其他動物模型體內難以觸及的微小區(qū)域的化學微環(huán)境提供了強大工具。

檢索建議：

要獲取更全面的文獻列表，最有效的方法是直接訪問Unisense A/S官方網站，在其“References”或“Application Notes”板塊中，可以找到按傳感器類型分類的、幾乎涵蓋所有已發(fā)表應用的論文庫。此外，在Google Scholar中搜索“Unisense H2S microsensor”也能找到大量最新研究。