Ultrason ilə səmərəli hidrogen istehsalı
Elektroliz və elektrokoaqulyasiya kimi ultrasəs təbliğ olunan elektrokimyəvi reaksiyalar inkişaf etmiş reaksiya sürətini, sürətini və məhsullarını göstərir.
Sonikasiya ilə səmərəli hidrogen istehsalı
Hidrogen istehsalı üçün suyun və sulu məhlulların elektrolizi təmiz enerji istehsalı üçün perspektivli bir prosesdir. Suyun elektrolizi, suyun iki qaza, yəni hidrogenə bölünməsi üçün elektrik tətbiq olunduğu elektrokimyəvi bir prosesdir.2) və oksigen (O2). H yarmaq üçün – The – Elektroliz yolu ilə H bağları, suyun içindən elektrik cərəyanı keçir.
Elektrolitik reaksiya üçün başqa bir müdrik qeyri-spontan reaksiya başlamaq üçün birbaşa elektrik valyutası (DC) tətbiq olunur. Elektroliz sıfır CO ilə sadə, ətraf mühitə uyğun, yaşıl bir prosesdə yüksək saflıqda hidrogen yarada bilər2 O kimi emissiya2 yeganə yan məhsuldur.
2x ultrasəs prosessorları UIP2000hdT elektrodlar, yəni katot və anot kimi fəaliyyət göstərən problarla. Ultrasonik sahə suyun və ya sulu məhlulların hidrogeninin elektrolitik sintezini gücləndirir.
Suyun elektrolizinə gəldikdə, suyun oksigen və hidrogenə bölünməsi bir elektrik cərəyanı suyun içindən keçərək əldə edilir.
Mənfi yüklü katotdakı təmiz suda, katoddan elektronların (e−) hidrogen qazlarına əmələ gəlməsi üçün hidrogen kationlarına bağışlandığı bir azalma reaksiyası baş verir. Müsbət yüklənmiş anotda oksidləşmə reaksiyası baş verir ki, bu da anota elektron verir. Bu o deməkdir ki, su anodda reaksiya verərək oksigen və müsbət yüklü hidrogen ionları (protonlar) əmələ gətirir. Beləliklə aşağıdakı enerji tarazlığı tənliyi tamamlanır:
2H+ (aq) + 2e– → H2 (g) (katotda azalma)
2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e– (anodda oksidləşmə)
Ümumi reaksiya: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g)
Tez-tez hidrojen 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, “kostik soda ”) və kalium hidroksid (KOH, kimi də bilinir “kostik kalium ”). Eletkroliz üçün əsasən% 20-40% kostik məhlulu konsentrasiyaları istifadə olunur.
Ultrasonik prob UIP2000hdT anod kimi fəaliyyət göstərir. Tətbiq olunan ultrasəs dalğaları hidrogenin elektrolitik sintezini gücləndirir.
Hidrogenin Ultrasonik Sintezi
Hidrogen qazı elektrolitik reaksiya ilə istehsal olunduqda hidrogen birbaşa parçalanma potensialında sintez olunur. Elektrodların səthi, elektrokimyəvi reaksiya zamanı hidrogen əmələ gəlməsinin molekulyar mərhələdə baş verdiyi ərazidir. Hidrogen molekulları elektrod səthində nüvələnir, beləliklə hidrogen qaz balonları katot ətrafında mövcud olur. Ultrasonik elektrodlardan istifadə aktivlik empedanslarını və konsentrasiya empedansını yaxşılaşdırır və suyun elektrolizi zamanı hidrogen baloncuklarının yüksəlməsini sürətləndirir. Bir neçə tədqiqat ultrasəs hidrogen istehsalının hidrogen məhsuldarlığını səmərəli artırdığını göstərdi.
- Daha yüksək hidrogen verir
- Enerji səmərəliliyi yaxşılaşdırılmışdır
ultrasəs nəticəsi olaraq:
- artıb kütləvi transfer
- Yığılmış empedansın sürətləndirilmiş azaldılması
- Azaldılmış ohmik voltaj düşməsi
- Aşırı potensial reaksiya azaldı
- Azaldılmış parçalanma potensialı
- Suyun / sulu məhlulun deqazasiyası
- Elektrod katalizatorlarının təmizlənməsi
Elektrolizə ultrasəs təsirləri
Ultrasonik olaraq həyəcanlı elektroliz, sono-elektroliz olaraq da bilinir. Sonomekanik və sonokimyəvi təbiətin müxtəlif ultrasəs amilləri elektrokimyəvi reaksiyalara təsir göstərir və onları inkişaf etdirir. Bu elektrolizə təsir edən amillər ultrasəslə əlaqəli kavitasiya və titrəmənin nəticələridir və akustik axın, mikro turbulentlər, mikrojetlər, şok dalğaları və sonokimyəvi təsirləri əhatə edir. Ultrasonik / akustik kavitasiya, yüksək intensiv ultrasəs dalğalarının maye halına gətirildiyi zaman meydana gəlir. Kavitasiya fenomeni sözdə kavitasiya baloncuklarının böyüməsi və dağılması ilə xarakterizə olunur. Baloncuk implosionu, super sıx, yerli olaraq meydana gələn qüvvələrlə qeyd olunur. Bu qüvvələrə 5000K-a qədər güclü yerli istilik, 1000 atm-a qədər yüksək təzyiqlər və nəhəng istilik və soyutma dərəcələri (> 100k / san) daxildir və maddə ilə enerji arasında misilsiz bir qarşılıqlı təsir yaradır. Məsələn, bu kavitasiya qüvvələri suyun içindəki hidrogen bağlarını təsirsiz hala gətirir və su qruplarının bölünməsini asanlaşdırır və bu da elektroliz üçün daha az enerji istehlakı ilə nəticələnir.
Elektrodlara Ultrasonik Təsir
- Çöküntülərin elektrod səthindən çıxarılması
- Elektrod səthinin aktivləşdirilməsi
- Elektrolitlərin elektrodlara doğru və ondan uzaqlaşması
Səthlərin təmizlənməsi və aktivləşdirilməsi
Kütləvi ötürmə reaksiya dərəcəsini, sürəti və verimi təsir edən həlledici amillərdən biridir. Elektrolitik reaksiyalar zamanı reaksiya məhsulu, məsələn çöküntülər, birbaşa elektrod səthlərində olduğu kimi ətrafda da toplanır və təzə məhlulun elektrolizə çevrilməsini yavaşlatır. Ultrasonik olaraq təbliğ olunan elektrolitik proseslər, kütlə həllində və səthlərin yaxınlığında artan kütlə ötürülməsini göstərir. Ultrasonik titrəmə və kavitasiya passivasiya təbəqələrini elektrod səthlərindən kənarlaşdırır və bununla daima tam səmərəli saxlayır. Bundan əlavə, sonifikasiyanın sonokimyəvi təsirlərlə reaksiya yollarını artırdığı bilinir.
Aşağı Ohmik Gərginlik Düşmə, Reaksiya Aşırı Potensial və Ayrışma Potensialı
Elektrolizin baş verməsi üçün lazım olan gərginlik parçalanma potensialı olaraq bilinir. Ultrasəs elektroliz proseslərində zəruri parçalanma potensialını azalda bilər.
Ultrasonik Elektroliz hüceyrəsi
Su elektrolizi üçün ultrasəs enerji girişi, elektrod boşluğu və elektrolit konsentrasiyası su elektrolizinə və onun səmərəliliyinə təsir göstərən əsas amillərdir.
Qələvi elektroliz üçün ümumiyyətlə% 20-40% KOH və ya NaOH sulu kostik məhlulu olan bir elektroliz hüceyrəsi istifadə olunur. Elektrik enerjisi iki elektroda tətbiq olunur.
Elektrod katalizatorları reaksiya sürətini sürətləndirmək üçün istifadə edilə bilər. Məsələn, Pt elektrodları reaksiya daha asan baş verdiyi üçün əlverişlidir.
Elmi tədqiqat məqalələrində suyun ultrasəs təbliğ olunan elektrolizindən istifadə edərək% 10 -25% enerji qənaəti bildirilir.
Pilot və Sənaye miqyasında hidrogen istehsalı üçün ultrasəs elektrolizatorları
Hielscher ultrason’ sənaye ultrasəs prosessorları tam yük altında və ağır işlərdə 24/7/365 əməliyyat üçün hazırlanmışdır.
Sağlam ultrasəs sistemləri, eyni zamanda elektrod və ultrasəs dalğa ötürücü kimi fəaliyyət göstərən xüsusi dizayn edilmiş sonotrodlar (zondlar) və elektroliz reaktorları təmin edərək, Hielscher Ultrasonics elektrolitik hidrogen istehsalı üçün xüsusi tələblərə cavab verir. UIP seriyasının bütün rəqəmsal sənaye ultrasəs cihazları (UIP500hdT (500 vat), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1.5kW), UIP2000hdT (2kW) və UIP4000hdT (4kW)) elektroliz tətbiqləri üçün yüksək performanslı ultrasəs vahidləridir.
Aşağıdakı cədvəldə bizim ultrasonicators təxmini emal gücü bir göstəriş verir:
| Partiyanın həcmi | Axın | tövsiyə 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 üçün | 04L / min .2 | UIP2000hdT |
| 10 100L üçün | 10L 2 / dəq | UIP4000hdT |
Bizimlə əlaqə saxlayın! Bizdən soruşun!
Hielscher Ultrasonics, laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında tətbiqetmələri qarışdırmaq, dağılmaq, emulsiya etmək və hasil etmək üçün yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Islam Md H., Burheim Odne S., Pollet Bruno G. (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry 51, 2019. 533–555.
- 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.
- Sherif S. Rashwan; Ibrahim Dincer; Atef Mohan; Bruno G. Pollet (2015): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy 44, 2019. 14500-14526.
Bilmək lazımdır
Hidrogen nədir?
Hidrogen, H simvolu və atom nömrəsi 1 olan kimyəvi elementdir. Standart atom çəkisi 1.008 olan hidrogen dövri sistemdəki ən yüngül elementdir. Hidrogen kainatdakı ən çox yayılmış kimyəvi maddədir və bütün bariyonik kütlənin təxminən 75% -ni təşkil edir. H2 iki hidrogen atomu birləşdikdə və hidrogen molekuluna çevrildikdə əmələ gələn bir qazdır. H2 molekulyar hidrogen adlanır və diatomik, homonuklear molekuldur. İki proton və iki elektrondan ibarətdir. Neytral yükə sahib olan molekulyar hidrogen sabitdir və bununla da ən çox yayılmış hidrogen formasıdır.
Hidrogen sənaye miqyasında istehsal edildikdə, buxar islah edən təbii qaz ən çox istifadə olunan istehsal formasıdır. Alternativ metod suyun elektrolizidir. Hidrogenin çoxu son istifadə olunduğu yerin yaxınlığında, məsələn, fosil yanacaq emalı müəssisələrinin (məsələn, hidrokrekinq) və ammonyak əsaslı gübrə istehsalçılarının yaxınlığında istehsal olunur.