Durulaşdırılmış sulfat turşusundan sonoelektrolitik hidrogen istehsalı
Durulaşdırılmış sulfat turşusunun elektrolizi hidrogen qazı və oksigen qazı əmələ gətirir. Ultrasəslə emal elektrod səthində diffuziya təbəqəsinin qalınlığını azaldır və elektroliz zamanı kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır. Ultrasəslə emal elektrolitik hüceyrədə hidrogen qazının istehsal sürətini əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər.
Aşağıda karbon anodu və titan katodu olan iki təcrübə qurğusu təsvir edilir. Ultrasəslə emalın elektrolizə müsbət təsirlərini nümayiş etdirmək üçün titan katod sonoelektrod kimi istifadə olunur. Bu, durulaşdırılmış sulfat turşusundan hidrogen və oksigenin elektrolitik istehsalına ultrasəs titrəyişləri və kavitasiya əlavə edir. Ultrasəsin elektriklə birləşdirilməsi sonoelektrokimyada, sonoelektrolizdə və sonoelektrosintezdə istifadə olunur.
Hielscher ultrasəs homogenizatoru UP100H (100 vatt, 30kHz) sonoelektrokimyəvi təkmilləşdirmə ilə təchiz olunub. Bu, sonotrodu elektrolitik prosesdə katod və ya anod kimi istifadə etməyə imkan verir. Sənaye sonoelektrolitik qurğuları üçün buraya klikləyin!
UP100H ultrasəs prosessorunda sonoelektrik katod
Sonoelektroliz qurğusu 1 – H tipli bölünməmiş hüceyrə
Qurğuda durulaşdırılmış sulfat turşusu (H2SO4, 1,0M) istifadə olunur. H tipli bölünməmiş hüceyrə elektrolitlə doldurulur. Bu hüceyrə Hofmann voltametri kimi tanınır. O, bir-birinə birləşdirilmiş üç şaquli şüşə silindrdən ibarətdir. Elektrolitlə doldurmağa imkan vermək üçün daxili silindrin üst hissəsi açıqdır. Xarici boruların üst hissəsindəki klapanların açılması doldurma zamanı istənilən qazın çıxmasına imkan verir. Elektrolitik hüceyrədə elektrodlar rezin halqalarla kipləşdirilir və başıaşağı vəziyyətdə turşulaşdırılmış su məhluluna batırılır. Müsbət anod elektrodu karbondan hazırlanıb (8mm). Mənfi katod titan ultrasəs sonoelektrodudur (10mm, böyük səth sahəsinə malik xüsusi sonotrod, Hielscher UP100H, 100 vatt, 30kHz). Titan sonoelektrod və karbon elektrod inertdir. Elektroliz yalnız durulaşdırılmış sulfat turşusu məhlulundan elektrik cərəyanı keçirildikdə baş verəcək. Buna görə də karbon anodu və titan katodu sabit gərginlikli enerji mənbəyinə (sabit cərəyan) qoşulur.
Durulaşdırılmış sulfat turşusunun elektrolizi zamanı əmələ gələn hidrogen qazı və oksigen qazı hər bir elektrodun üstündəki dərəcələnmiş xarici borularda toplanır. Qazın həcmi xarici borulardakı elektroliti sıxışdırıb çıxarır və əlavə qazın həcmini ölçmək mümkündür. Qaz həcmlərinin nəzəri nisbəti 2:1-dir. Elektroliz zamanı elektrolitdən yalnız su hidrogen qazı və oksigen qazı şəklində çıxarılır. Buna görə də elektroliz zamanı durulaşdırılmış sulfat turşusunun konsentrasiyası bir qədər artır.
Aşağıdakı videoda impuls rejimində ultrasəslə emaldan istifadə etməklə durulaşdırılmış sulfat turşusunun sonoelektrolizi göstərilir (100% amplituda, dövr rejimi, 0,2 saniyə aktiv, 0,8 saniyə qeyri-aktiv). Hər iki sınaq 2,1V gərginlikdə (DC, sabit gərginlik) aparılıb.
Sonoelektroliz qurğusu 2 – Sadə porsiyalı proses
Şüşə qab durulaşdırılmış sulfat turşusundan ibarət elektrolitlə (H2SO4, 1,0M) doldurulur. Bu sadə elektrolitik hüceyrədə elektrodlar turşulaşdırılmış su məhluluna batırılır. Müsbət anod elektrodu karbondan hazırlanıb (8mm). Mənfi katod titan ultrasəs sonoelektrodudur (10mm, MS10, Hielscher UP100H, 100 vatt, 30kHz). Elektroliz yalnız durulaşdırılmış sulfat turşusu məhlulundan elektrik cərəyanı keçirildikdə baş verəcək. Buna görə də karbon anodu və titan katodu sabit gərginlikli enerji mənbəyinə (sabit cərəyan) qoşulur. Titan elektrod və karbon elektrod inertdir. Durulaşdırılmış sulfat turşusunun elektrolizi zamanı əmələ gələn hidrogen qazı və oksigen qazı bu qurğuda toplanmır. Aşağıdakı videoda bu çox sadə qurğunun işləməsi göstərilir.
Elektroliz zamanı nə baş verir?
Hidrogen ionları mənfi katoda cəzb olunur. Orada hidrogen ionu və ya su molekulları elektron qəbul edərək hidrogen qazı molekullarına qədər reduksiya olunur. Nəticədə hidrogen qazı molekulları hidrogen qazı şəklində ayrılır. Bir çox aktiv metal duzlarının və ya turşu məhlullarının elektrolizi mənfi katod elektrodunda hidrogen əmələ gətirir.
Mənfi sulfat ionları və ya iz miqdarında olan hidroksid ionları müsbət anoda cəzb olunur. Sulfat ionunun özü həddindən artıq sabitdir, buna görə də heç nə baş vermir. Hidroksid ionları və ya su molekulları anodda yükünü itirir və oksidləşərək oksigen əmələ gətirir. Müsbət anodda baş verən bu reaksiya elektron itkisi ilə gedən oksidləşmə elektrod reaksiyasıdır.
Nə üçün durulaşdırılmış sulfat turşusundan istifadə edirik?
Suda hidrogen ionları və hidroksid ionları yalnız çox cüzi konsentrasiyalarda mövcuddur. Bu, elektrik keçiriciliyini məhdudlaşdırır. Durulaşdırılmış sulfat turşusundan gələn hidrogen ionlarının və sulfat ionlarının yüksək konsentrasiyaları elektrolitin elektrik keçiriciliyini yaxşılaşdırır. Alternativ olaraq, kalium hidroksid (KOH) və ya natrium hidroksid (NAOH) kimi qələvi elektrolit məhlulundan və sudan istifadə edə bilərsiniz. Bir çox duz məhlullarının və ya sulfat turşusunun elektrolizi mənfi katodda hidrogen və müsbət anodda oksigen əmələ gətirir. Xlorid turşusunun və ya xlorid duzlarının elektrolizi anodda xlor əmələ gətirir.
Elektrolizator nədir?
Elektrolizator elektroliz kimi tanınan prosesdə suyu hidrogenə və oksigenə ayıran cihazdır. Elektrolizator hidrogen qazı və oksigen qazı istehsal etmək üçün elektrikdən istifadə edir. Hidrogen qazı sıxılmış və ya mayeləşdirilmiş qaz şəklində saxlanıla bilər. Hidrogen avtomobillərdə, qatarlarda, avtobuslarda və ya yük maşınlarında hidrogen yanacaq elementində istifadə olunan enerji daşıyıcısıdır.
Əsas quruluşlu elektrolizator katoddan (mənfi yük), anoddan (müsbət yük) və nasoslar, qazçıxarma dəlikləri, saxlama çənləri, enerji mənbəyi, separator və digər komponentlər kimi köməkçi komponentlərdən ibarətdir. Suyun elektrolizi elektrolizatorun daxilində baş verən elektrokimyəvi reaksiyadır. Anod və katod sabit cərəyanla qidalanır və su (H20) onu təşkil edən hidrogenə (H2) və oksigenə (O2) parçalanır.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- 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.
- Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
- Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
- Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
- Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
- 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.
- M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
- L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.