Seyreltilmiş kükürd turşusundan sonoelektrolitik hidrogen istehsalı
Seyreltilmiş kükürd turşusunun elektrolizi hidrogen qazı və oksigen qazı əmələ gətirir. Ultrasonikasiya elektrod səthində diffuziya təbəqəsinin qalınlığını azaldır və elektroliz zamanı kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır. Ultrasonikasiya elektrolitik hüceyrədə hidrogen qazı istehsalını əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər.
Karbon anodu və titan katodlu iki eksperimental qurğu aşağıda təsvir edilmişdir. Ultrasonikasiyanın elektroliz üzərində müsbət təsirlərini nümayiş etdirmək üçün titan katod bir sonoelektroddur. Bu, seyreltilmiş sulfat turşusundan hidrogen və oksigenin elektrolitik istehsalına ultrasəs titrəmələri və kavitasiya əlavə edir. Ultrasonikanın elektriklə birləşməsi sonoelektrokimya, sonoelektroliz və sonoelektrosintezdə istifadə olunur.
Hielscher ultrasəs homojenizatoru UP100H (100 vat, 30 kHz) sonoelektrokimyəvi təkmilləşdirmə ilə təchiz edilmişdir. Bu, elektrolitik prosesdə sonotrodu katod və ya anod kimi istifadə etməyə imkan verir. Sənaye sonoelektrolitik qurğular üçün bura klikləyin!
UP100H ultrasəs prosessorunda sonoelektrik katod
Sonoelektroliz Quraşdırma 1 – H tipli Bölünməmiş Hüceyrə
Quraşdırma seyreltilmiş sulfat turşusundan (H2SO4, 1.0M) istifadə edir. H tipli bölünməmiş hüceyrə elektrolitlə doldurulur. Bu hüceyrə Hofmann Voltametri kimi tanınır. Üç birləşdirilmiş dik şüşə silindrlərə malikdir. Elektrolitlə doldurulması üçün daxili silindr yuxarıda açıqdır. Xarici boruların yuxarı hissəsindəki klapanların açılması doldurma zamanı istənilən qazın çıxmasına imkan verir. Elektrolitik hüceyrədə elektrodlar rezin halqalarla möhürlənir və asidikləşdirilmiş suyun məhluluna baş aşağı batırılır. Müsbət anod elektrodu karbondan (8mm) hazırlanır. Mənfi katod titan ultrasəs sonoelektroddur (10mm, xüsusi yüksək səth sahəsi sonotrode, Hielscher UP100H, 100 vatt, 30kHz). Titan sonoelektrod və karbon elektrodu inertdir. Elektroliz yalnız seyreltilmiş sulfat turşusu məhlulundan elektrik cərəyanı keçdikdə baş verəcəkdir. Buna görə də, karbon anodu və titan katod sabit gərginlikli enerji təchizatı (birbaşa cərəyan) ilə bağlıdır.
Seyreltilmiş kükürd turşusunun elektrolizində əmələ gələn hidrogen qazı və oksigen qazı hər bir elektrodun üstündəki pilləli xarici borularda toplanır. Qazın həcmi xarici borulardakı elektroliti sıxışdırır və əlavə qazın həcmini ölçmək olar. Qazın həcminin nəzəri nisbəti 2:1-dir. Elektroliz zamanı elektrolitdən hidrogen qazı və oksigen qazı kimi yalnız su ayrılır. Beləliklə, elektroliz zamanı seyreltilmiş sulfat turşusunun konsentrasiyası bir qədər yüksəlir.
Aşağıdakı video impulslu ultrasəsdən istifadə edərək seyreltilmiş sulfat turşusunun sonoelektrolizini göstərir (100% amplituda, dövr rejimi, 0,2 saniyə aktiv, 0,8 saniyə söndürülür). Hər iki sınaq 2.1V (DC, sabit gərginlik) ilə aparıldı.
Sonoelektroliz Quraşdırma 2 – Sadə Dəstə
Şüşə qab seyreltilmiş sulfat turşusunun elektroliti (H2SO4, 1,0M) ilə doldurulur. Bu sadə elektrolitik hüceyrədə elektrodlar turşulaşdırılmış suyun məhluluna batırılır. Müsbət anod elektrodu karbondan (8mm) hazırlanır. Mənfi katod titan ultrasəs sonoelektroddur (10mm, MS10, Hielscher UP100H, 100 vat, 30kHz). Elektroliz yalnız seyreltilmiş sulfat turşusu məhlulundan elektrik cərəyanı keçdikdə baş verəcəkdir. Buna görə də, karbon anodu və titan katod sabit gərginlikli enerji təchizatı (birbaşa cərəyan) ilə bağlıdır. Titan elektrodu və karbon elektrodu inertdir. Seyreltilmiş kükürd turşusunun elektrolizində yaranan hidrogen qazı və oksigen qazı bu quraşdırmada toplanmır. Aşağıdakı video bu çox sadə quraşdırmanı əməliyyatda göstərir.
Elektroliz zamanı nə baş verir?
Hidrogen ionları mənfi katoda cəlb olunur. Orada hidrogen ionu və ya su molekulları elektron qazancı ilə hidrogen qazı molekullarına çevrilir. Nəticədə hidrogen qazı molekulları hidrogen qazı kimi atılır. Bir çox reaktiv metal duzlarının və ya turşu məhlullarının elektrolizi mənfi katod elektrodunda hidrogen əmələ gətirir.
Mənfi sulfat ionları və ya hidroksid ionlarının izləri müsbət anoda cəlb olunur. Sulfat ionunun özü çox sabitdir, buna görə heç bir şey baş vermir. Hidroksid ionları və ya su molekulları oksigen yaratmaq üçün anodda boşaldılır və oksidləşir. Bu müsbət anod reaksiyası elektron itkisi ilə oksidləşmə elektrod reaksiyasıdır.
Niyə durulaşdırılmış kükürd turşusundan istifadə edirik?
Suda yalnız kiçik konsentrasiyalarda hidrogen ionları və hidroksid ionları var. Bu, elektrik keçiriciliyini məhdudlaşdırır. Seyreltilmiş sulfat turşusundan hidrogen ionlarının və sulfat ionlarının yüksək konsentrasiyası elektrolitin elektrik keçiriciliyini yaxşılaşdırır. Alternativ olaraq, kalium hidroksid (KOH) və ya natrium hidroksid (NAOH) və su kimi qələvi elektrolit məhlulundan istifadə edə bilərsiniz. Duzların və ya sulfat turşusunun bir çox məhlullarının elektrolizi mənfi katodda hidrogen, müsbət anodda isə oksigen əmələ gətirir. Xlorid turşusu və ya xlorid duzlarının elektrolizi anodda xlor əmələ gətirir.
Elektrolizator nədir?
Elektrolizator, elektroliz kimi tanınan bir prosesdə suyu hidrogen və oksigenə ayırmaq üçün bir cihazdır. Elektrolizator hidrogen qazı və oksigen qazı istehsal etmək üçün elektrik enerjisindən istifadə 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 bir katod (mənfi yük) və anod (müsbət yük) və periferik komponentlər, məsələn, nasoslar, havalandırma kanalları, saxlama çənləri, enerji təchizatı, separator və digər komponentlər var. Su elektrolizi elektrolizatorda baş verən elektrokimyəvi reaksiyadır. Anod və katod birbaşa cərəyanla təchiz edilir və su (H20) hidrogen (H2) və oksigen (O2) komponentlərinə 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.