Ultrasoniklərlə Effektiv Hidrogen İstehsalı
Hidrogen ətraf mühitə uyğunluğu və sıfır karbon qazı emissiyasına görə üstünlük verilən alternativ yanacaqdır. Bununla belə, adi hidrogen istehsalı iqtisadi kütləvi istehsal üçün səmərəli deyil. Su və qələvi su məhlullarının ultrasəslə təşviq edilən elektrolizi daha yüksək hidrogen məhsuldarlığı, reaksiya dərəcəsi və çevrilmə sürəti ilə nəticələnir. Ultrasəs köməyi ilə elektroliz hidrogen istehsalını qənaətcil və enerjiyə qənaət edir.
Elektroliz və elektrokoaqulyasiya kimi ultrasəslə dəstəklənən elektrokimyəvi reaksiyalar yaxşılaşmış reaksiya sürətini, sürətini və məhsuldarlığını göstərir.
Sonication ilə Effektiv Hidrogen Nəsil
Hidrogen istehsalı məqsədi ilə suyun və sulu məhlulların elektrolizi təmiz enerji istehsalı üçün perspektivli bir prosesdir. Suyun elektrolizi, suyun iki qaza, yəni hidrogen (H2) və oksigen (O2) olmaq üçün elektrik cərəyanının tətbiq olunduğu elektrokimyəvi prosesdir. H-ni parçalamaq üçün – O – H elektroliz yolu ilə bağlanır, sudan elektrik cərəyanı keçir.
Elektrolitik reaksiya üçün, kortəbii olmayan reaksiyaya başlamaq üçün birbaşa elektrik valyutası tətbiq olunur. Elektroliz sadə, ekoloji cəhətdən təmiz, yaşıl prosesdə sıfır CO2 emissiyası ilə yüksək saflıqda hidrogen yarada bilər, çünki O2 yeganə əlavə məhsuldur.
Probları olan UIP2000hdT modelinin 2x ultrasəs prosessorları, elektrodlar, yəni katod və anod kimi çıxış edənlər. Ultrasəs vibrasiyası və kavitasiyası elektrokimyəvi hidrogen istehsalını təşviq edir.
Suyun elektrolizinə gəldikdə, suyun oksigen və hidrogenə parçalanması elektrik cərəyanının sudan keçməsi ilə əldə edilir.
Mənfi yüklü katodda təmiz suda reduksiya reaksiyası baş verir, burada katoddan elektronlar (e−) hidrogen kationlarına verilir ki, hidrogen qazı əmələ gəlir. Müsbət yüklü anodda oksidləşmə reaksiyası baş verir ki, bu da anoda elektronlar verərkən oksigen qazı yaradır. Bu o deməkdir ki, su anodda oksigen və müsbət yüklü hidrogen ionları (protonlar) yaratmaq üçün reaksiya verir. Beləliklə, aşağıdakı enerji balansı tənliyi tamamlanır:
2H+ (aq) + 2e– → H2 (g) (katodda azalma)
2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e– (anodda oksidləşmə)
Ümumi reaksiya: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g)
Çox vaxt hidrogen istehsal etmək üçün elektroliz üçün qələvi su istifadə olunur. Qələvi duzları qələvi metalların və qələvi torpaq metallarının həll olunan hidroksidləridir, bunlardan ümumi nümunələr bunlardır: Natrium hidroksid (NaOH, həmçinin kaustik soda kimi tanınır) və kalium hidroksid (KOH, həmçinin kaustik kalium kimi tanınır). Elektroliz üçün əsasən 20% -dən 40% -ə qədər kaustik məhlulun konsentrasiyası istifadə olunur.
Ultrasonik katodda hidrogenin son-elektrokimyəvi istehsalı.
Hidrogenin ultrasəs sintezi
Elektrolitik reaksiya zamanı hidrogen qazı yarandıqda, hidrogen parçalanma potensialında sintez olunur. Elektrodların səthi elektrokimyəvi reaksiya zamanı molekulyar mərhələdə hidrogen əmələ gəlməsinin baş verdiyi sahədir. Hidrogen molekulları elektrod səthində nüvələşir, beləliklə, sonradan katod ətrafında hidrogen qazı qabarcıqları olur. Ultrasəs elektrodlarından istifadə aktivlik empedansını və konsentrasiya empedansını yaxşılaşdırır və suyun elektrolizi zamanı hidrogen qabarcıqlarının yüksəlməsini sürətləndirir. Bir sıra tədqiqatlar ultrasəs hidrogen istehsalının hidrogen məhsuldarlığını səmərəli şəkildə artırdığını göstərdi.
Ultrasonikanın Hidrogen Elektrolizində Faydaları
- Daha yüksək hidrogen məhsuldarlığı
- Təkmilləşdirilmiş enerji səmərəliliyi
ultrasəs nəticəsində:
- Artan kütlə ötürülməsi
- Yığılmış empedansın sürətləndirilmiş azalması
- Azaldılmış ohmik gərginlik düşməsi
- Azaldılmış reaksiya potensialı
- Azaldılmış parçalanma potensialı
- Suyun? sulu məhlulun deqazasiyası
- Elektrod katalizatorlarının təmizlənməsi
Elektroliz üzərində ultrasəs effektləri
Ultrasonically excited electrolysis is also known as sono-electrolysis. Various ultrasonic factors of sonomechanical and sonochemical nature influence and promote electrochemical reactions. These electrolysis-influencing factors are results of ultrasound-induced cavitation and vibration and include acoustic streaming, micro-turbulences, microjets, shock waves as well as sonochemical effects. Ultrasonic? acoustic cavitation occurs, when high-intensity ultrasound waves are coupled into liquid. The phenomenon of cavitation is characterized by the growth and collapse of so-called cavitation bubbles. The bubble implosion is marked by super-intense, locally occuring forces. These forces include intense local heating of up to 5000K, high pressures of up to 1000 atm, and enormous heating and cooling rates (>100k/sec) and they provoke a unique interaction between matter and energy. For instance, those cavitational forces impact hydrogen bondings in water and facilitate splitting of water clusters which subsequently results in a reduced energy consumption for the electrolysis.
Elektrodlara ultrasəs təsiri
- Elektrod səthindən çöküntülərin çıxarılması
- Elektrod səthinin aktivləşdirilməsi
- Elektrolitlərin elektrodlara doğru və uzağa daşınması
Elektrod Səthlərinin Ultrasonik Təmizlənməsi və Aktivləşdirilməsi
Kütlənin ötürülməsi reaksiya sürətinə, sürətinə və məhsuldarlığına təsir edən mühüm amillərdən biridir. Elektrolitik reaksiyalar zamanı reaksiya məhsulu, məsələn, çöküntülər elektrod səthlərində olduğu kimi ətrafda da toplanır və təzə məhlulun elektroda elektrolitik çevrilməsini ləngidir. Ultrasonik olaraq təşviq edilən elektrolitik proseslər, toplu məhlulda və səthlərin yaxınlığında artan kütlə ötürülməsini göstərir. Ultrasonik vibrasiya və kavitasiya elektrod səthlərindən passivasiya təbəqələrini çıxarır və bununla da onları daimi olaraq tam effektiv saxlayır. Bundan əlavə, sonlandırmanın sonokimyəvi təsirlərlə reaksiya yollarını gücləndirdiyi məlumdur.
Aşağı Om Gərginliyinin Düşməsi, Reaksiya Həddindən artıq Potensialı və Parçalanma Potensialı
Elektrolizin baş verməsi üçün tələb olunan gərginliyə parçalanma potensialı deyilir. Ultrasəs elektroliz proseslərində lazımi parçalanma potensialını azalda bilər.
Ultrasəs elektroliz hüceyrəsi
Su elektrolizi üçün ultrasəs enerji girişi, elektrod boşluğu və elektrolit konsentrasiyası suyun elektrolizinə və onun səmərəliliyinə təsir edən əsas amillərdir.
Qələvi elektroliz üçün adətən 20%-40% KOH və ya NaOH sulu kaustik məhlulu olan elektroliz hüceyrəsi istifadə olunur. Elektrik enerjisi iki elektroda tətbiq olunur.
Reaksiya sürətini sürətləndirmək üçün elektrod katalizatorlarından istifadə etmək olar. Məsələn, Pt elektrodları əlverişlidir, çünki reaksiya daha asan baş verir.
Elmi tədqiqat məqalələri suyun ultrasəslə təşviq edilən elektrolizindən istifadə edərək 10%-25% enerji qənaəti haqqında məlumat verir.
Pilot və sənaye miqyasında hidrogen istehsalı üçün ultrasəs elektrolizatorları
Hielscher Ultrasonics’ sənaye ultrasəs prosessorları tam yük altında və ağır iş proseslərində 24/7/365 əməliyyat üçün qurulur.
Sağlam ultrasəs sistemləri, eyni zamanda elektrod və ultrasəs dalğası ötürücüsü kimi fəaliyyət göstərən xüsusi dizayn edilmiş sonotrodlar (zondlar) və elektroliz reaktorları təmin etməklə, Hielscher Ultrasonics elektrolitik hidrogen istehsalı üçün xüsusi tələblərə cavab verir. UIP seriyasının bütün rəqəmsal sənaye ultrasəs cihazları (UIP500hdT (500 Vt), UIP1000hdT (1kVt), UIP1500hdT (1,5 kVt), UIP2000hdT (2kVt) və UIP4000hdT (4kW)) elektroliz tətbiqləri üçün yüksək performanslı ultrasəs qurğularıdır.
UIP2000hdT ultrasəs zondu anod kimi fəaliyyət göstərir. Tətbiq olunan ultrasəs dalğaları hidrogenin elektrolitik sintezini gücləndirir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:
| Partiya Həcmi | Axın | Tövsiyə olunan Cihazlar |
|---|---|---|
| 0,02 - 5L | 0.05 - 1L/dəq | UIP500hdT |
| 0,05 - 10L | 0.1 - 2L/dəq | UIP1000hdT |
| 0,07 - 15L | 0.15 - 3L/dəq | UIP1500hdT |
| 0.1 - 20L | 0.2 ilə 4L/dəq | UIP2000hdT |
| 10-100 l | 2 ilə 10 L? dəq | UIP4000hdT |
Bizimlə əlaqə saxlayın!? Bizdən soruşun!
Hielscher Ultrasonics, laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma tətbiqləri, dispersiya, emulsiya və ekstraksiya üçün yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Bilməyə Dəyər Faktlar
Hidrogen nədir?
Hidrogen simvolu H və atom nömrəsi 1 olan kimyəvi elementdir. Standart atom çəkisi 1.008 olan hidrogen dövri cədvəldəki ən yüngül elementdir. Hidrogen kainatda ən çox yayılmış kimyəvi maddədir və bütün barion kütləsinin təxminən 75%-ni təşkil edir. H2 iki hidrogen atomunun birləşərək hidrogen molekuluna çevrildiyi zaman əmələ gələn qazdır. H2 həmçinin molekulyar hidrogen adlanır və iki atomlu, homonüklear molekuldur. İki proton və iki elektrondan ibarətdir. Neytral yükə malik olan molekulyar hidrogen sabitdir və buna görə də hidrogenin ən çox yayılmış formasıdır.
Hidrogen sənaye miqyasında istehsal edildikdə, buxar islah edən təbii qaz ən çox istifadə edilən istehsal formasıdır. Alternativ üsul suyun elektrolizidir. Hidrogenin çoxu onun son istifadə olunduğu ərazinin yaxınlığında, məsələn, qalıq yanacaq emalı müəssisələrinin (məsələn, hidrokrekinq) və ammonyak əsaslı gübrə istehsalçılarının yaxınlığında istehsal olunur.
Ədəbiyyat? İstinadlar
- Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
- Islam Md H., Burheim Odne S., Pollet Bruno G. (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry 51, 2019. 533–555.
- Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
- Cherepanov, Pavel; Melnyk, Inga; Skorb, Ekaterina V.; Fratzl, P.; Zolotoyabko, E.; Dubrovinskaia, Natalia; Dubrovinsky, Leonid Avadhut, Yamini S.; Senker, Jürgen; Leppert, Linn; Kümmel, Stephan; Andreeva, Daria V. (2015): The use of ultrasonic cavitation for near-surface structuring of robust and low-cost AlNi catalysts for hydrogen production. Green Chemistry Issue 5, 2015. 745-2749.