Seyreltilmiş kükürd turşusundan sonoelektrolitik hidrogen istehsalı

Seyreltilmiş kükürd turşusunun elektrolizi hidrogen qazı və oksigen qazı istehsal edir. Ultrasonikasiya elektrod səthindəki diffuziya qatının qalınlığını azaldır və elektroliz zamanı kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır. Ultrasonikləşdirmə elektrolitik hüceyrədə hidrogen qazı istehsal dərəcələrini əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər.

Bir karbon anodu və bir titan katodu olan iki təcrübə qurğusu aşağıda təsvir edilmişdir. Ultrasonikanın elektrolizə müsbət təsirlərini göstərmək üçün titan katot sonoelektroddur. Bu seyreltilmiş kükürd turşusundan hidrogen və oksigenin elektrolitik istehsalına ultrasəs titrəmələri və kavitasiya əlavə edir. Ultrasonikanın elektriklə birləşməsi sonoelektrokimya, sonoelektroliz və sonoelektrosentezdə istifadə olunur.
Hielscher ultrasəs homogenizatoru UP100H (100 vatt, 30kHz) sonoelektrokimyəvi yenilənmə ilə təchiz edilmişdir. Bu sonotrodun bir elektrolitik prosesdə bir katot və ya anod kimi istifadə edilməsinə imkan verir. Sənaye sonoelektrolitik qurğular üçün xahiş edirik buraya vurun!

Sonoelektroliz Quraşdırma 1 – H tipli bölünməmiş hüceyrə

Quraşdırmada seyreltilmiş sulfat turşusu (H2SO4, 1.0M) istifadə olunur. H tipi bölünməmiş bir hüceyrə elektrolitlə doldurulur. Bu hüceyrə Hofmann Voltametri olaraq bilinir. Üç birləşdirilmiş dik şüşə silindr var. Daxili silindr yuxarıda açıqdır və elektrolitlə doldurula bilər. Xarici boruların üst hissəsindəki klapanların açılması, doldurma zamanı hər hansı bir qazın çıxmasına imkan verir. Elektrolitik hüceyrədə elektrodlar kauçuk üzüklərlə möhürlənir və tərs-aşağı asidləşdirilmiş suyun həllinə batırılır. Müsbət anod elektrodu karbondan (8mm) hazırlanır. Mənfi katot titan ultrasəs sonoelektroddur (10mm, xüsusi yüksək səth sahəsi sonotrode, Hielscher UP100H, 100 vatt, 30kHz). Titan sonoelektrod və karbon elektrod təsirsizdir. Elektroliz yalnız elektrik enerjisinin seyreltilmiş kükürd turşusu məhlulundan keçirildiyi zaman baş verəcəkdir. Buna görə karbon anodu və bir titan katot sabit bir gərginlikli enerji mənbəyinə (birbaşa cərəyan) bağlıdır.
Seyreltilmiş kükürd turşusunun elektrolizində yaranan hidrogen qazı və oksigen qazı, hər bir elektrodun üstündəki dərəcələnmiş xarici borulara toplanır. Qaz həcmi xarici borulardakı elektrolitin yerini dəyişir və əlavə qazın həcmi ölçülə bilər. Qaz həcminin nəzəri nisbəti 2: 1-dir. Elektroliz zamanı elektrolitdən hidrogen qazı və oksigen qazı kimi yalnız su çıxarılır. Beləliklə, seyreltilmiş sulfat turşusunun konsentrasiyası elektroliz zamanı bir qədər yüksəlir.
Aşağıdakı videoda seyrək kükürd turşusunun impulslu ultrasəs tətbiqindən istifadə edildiyi sonoelektroliz (100% amplituda, dövr rejimi, 0,2 saniyə açıq, 0,8 saniyə söndürülmüş) göstərilir. Hər iki test 2.1V-də (DC, sabit gərginlik) işlənmişdir.

Sonoelektroliz Quraşdırma 2 – Sadə toplu

Bir şüşə qab seyreltilmiş sulfat turşusu (H2SO4, 1.0M) bir elektrolit ilə doldurulur. Bu sadə elektrolitik hüceyrədə elektrodlar asidləşdirilmiş suyun həllinə batırılır. Müsbət anod elektrodu karbondan (8mm) hazırlanır. Mənfi katot titan ultrasəs sonoelektroddur (10mm, MS10, Hielscher UP100H, 100 watt, 30kHz). Elektroliz yalnız elektrik enerjisinin seyreltilmiş kükürd turşusu məhlulundan keçirildiyi zaman baş verəcəkdir. Buna görə karbon anodu və bir titan katot sabit bir gərginlikli enerji mənbəyinə (birbaşa cərəyan) bağlıdır. Titan elektrod və karbon elektrod təsirsizdir. Seyreltilmiş kükürd turşusunun elektrolizində yaranan hidrogen qazı və oksigen qazı bu qurğuda toplanmır. Aşağıdakı video bu çox sadə quraşdırma əməliyyatını göstərir.

Elektroliz zamanı nə baş verir?

Hidrogen ionları mənfi katota cəlb olunur. Orada hidrogen ionu və ya su molekulları bir elektron qazancı ilə hidrogen qaz molekullarına çevrilir. Nəticədə hidrogen qaz molekulları hidrogen qazı kimi atılır. Bir çox reaktiv metal duzlarının və ya turşu məhlullarının elektrolizi mənfi katot elektrodunda hidrogen istehsal edir.
Mənfi sulfat ionları və ya hidroksid ionlarının izləri müsbət anota cəlb olunur. Sülfat ionunun özü çox sabitdir, belə ki, heç bir şey olmaz. Hidroksid ionları və ya su molekulları atılır və oksigen əmələ gətirmək üçün anodda oksidləşir. Bu müsbət anod reaksiyası bir elektron itkisi ilə oksidləşmə elektrod reaksiyasıdır.

Niyə seyreltilmiş kükürd turşusu istifadə edirik?

Su yalnız hidrogen ionları və hidroksid ionlarının dəqiq konsentrasiyalarını ehtiva edir. Bu elektrik keçiriciliyini məhdudlaşdırır. Seyreltilmiş kükürd turşusundan yüksək konsentrasiyalardakı hidrogen ionları və sulfat ionları elektrolitin elektrik keçiriciliyini yaxşılaşdırır. Alternativ olaraq, potasyum hidroksid (KOH) və ya sodyum hidroksid (NAOH) və su kimi qələvi elektrolit məhlulu istifadə edə bilərsiniz. Bir çox duz və ya sulfat turşusu məhlullarının elektrolizi mənfi katotda hidrogen, müsbət anodda oksigen əmələ gətirir. Xlorid turşusu və ya xlorid duzlarının elektrolizində anodda xlor əmələ gəlir.

Elektrolizator nədir?

Elektrolizator, elektroliz olaraq bilinən bir müddətdə suyun hidrogen və oksigenə ayrılması üçün bir cihazdır. Elektrolizator elektrik enerjisindən hidrogen qazı və oksigen qazı istehsal edir. Hidrogen qazı sıxılmış və ya mayeləşdirilmiş qaz kimi saxlanıla bilər. Hidrogen avtomobillərdə, qatarlarda, avtobuslarda və ya yük maşınlarında hidrogen yanacaq hüceyrəsində istifadə üçün enerji daşıyıcısıdır.
Əsas elektrolizatorda katot (mənfi yük) və anod (pozitiv yük) və nasoslar, dəliklər, saxlama çənləri, enerji təchizatı, ayırıcı və digər komponentlər kimi periferik komponentlər var. Su elektrolizi, elektrolizatorda meydana gələn elektrokimyəvi reaksiyadır. Anot və katot birbaşa cərəyanla işləyir və su (H20) hidrogen (H2) və oksigen (O2) tərkib hissələrinə bölünür.

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.