અલ્ટ્રાસોનિક્સ સાથે કાર્યક્ષમ હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન

હાઇડ્રોજન એ વૈકલ્પિક બળતણ છે જે તેની પર્યાવરણીય-મિત્રતા અને શૂન્ય કાર્બન ડાયોક્સાઇડના ઉત્સર્જનને લીધે શ્રેષ્ઠ છે. જો કે, પરંપરાગત હાઇડ્રોજન જનરેશન આર્થિક સમૂહ ઉત્પાદન માટે કાર્યક્ષમ નથી. પાણી અને આલ્કલાઇન પાણી ઉકેલોના અલ્ટ્રાસોનિકલી પ્રોત્સાહિત વિદ્યુત વિચ્છેદનનું પરિણામ ઉચ્ચ હાઇડ્રોજન ઉપજ, પ્રતિક્રિયા દર અને રૂપાંતર ગતિમાં પરિણમે છે. અલ્ટ્રાસોનિકલી સહાયિત ઇલેક્ટ્રોલિસિસ હાઇડ્રોજન ઉત્પાદનને આર્થિક અને energyર્જા કાર્યક્ષમ બનાવે છે.
વિદ્યુત વિચ્છેદન અને ઇલેક્ટ્રોકોએગ્યુલેશન જેવી અલ્ટ્રાસોનિકલી પ્રોત્સાહિત ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ, પ્રતિક્રિયાની ગતિ, દર અને ઉપજને સુધારે છે.

સોનિફિકેશન સાથે કાર્યક્ષમ હાઇડ્રોજન જનરેશન

પાણીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન અને જળયુક્ત ઉકેલો હાઇડ્રોજન જનરેશનના હેતુ માટે સ્વચ્છ ofર્જાના ઉત્પાદન માટેની આશાસ્પદ પ્રક્રિયા છે. પાણીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ એ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયા છે જ્યાં પાણીને બે વાયુઓમાં વિભાજીત કરવા માટે વીજળી લાગુ કરવામાં આવે છે, એટલે કે હાઇડ્રોજન (એચ.₂) અને ઓક્સિજન (ઓ₂). ક્રમમાં એચ – ઓ – વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા એચ બોન્ડ્સ, વિદ્યુત પ્રવાહ પાણી દ્વારા ચલાવવામાં આવે છે.
ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક પ્રતિક્રિયા માટે, અન્ય મુજબની બિન-સ્વયંભૂ પ્રતિક્રિયા શરૂ કરવા માટે ડાયરેક્ટ ઇલેક્ટ્રિક ચલણ (ડીસી) લાગુ કરવામાં આવે છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન શૂન્ય સી.ઓ. સાથે સરળ, પર્યાવરણમિત્ર, લીલી પ્રક્રિયામાં ઉચ્ચ શુદ્ધતાનું હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરી શકે છે₂ ઓ તરીકે ઉત્સર્જન₂ ફક્ત આડપેદાશ છે.

2x અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર UIP2000hdT પ્રોબ્સ સાથે, જે ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે કામ કરે છે, એટલે કે કેથોડ અને એનોડ. અલ્ટ્રાસોનિક ક્ષેત્ર પાણી અથવા જલીય ઉકેલોથી હાઇડ્રોજનના ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક સંશ્લેષણને તીવ્ર બનાવે છે.

પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદનને લગતા, ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોજનમાં પાણીનું વિભાજન, પાણીમાંથી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર કરીને પ્રાપ્ત થાય છે.
નકારાત્મક ચાર્જ કેથોડ પર શુદ્ધ પાણીમાં, ઘટાડો પ્રતિક્રિયા થાય છે જ્યાં કેથોડમાંથી ઇલેક્ટ્રોન (e−) હાઇડ્રોજન કેશને દાન કરવામાં આવે છે જેથી હાઇડ્રોજન ગેસ રચાય. સકારાત્મક ચાર્જ થયેલ એનોડ પર, oxક્સિડેશન પ્રતિક્રિયા થાય છે, જે એનોડને ઇલેક્ટ્રોન આપતી વખતે ઓક્સિજન ગેસ ઉત્પન્ન કરે છે. આનો અર્થ એ કે, પાણી oxygenક્સિજનની રચના માટે એનાોડ પર પ્રતિક્રિયા આપે છે અને સકારાત્મક ચાર્જ કરેલા હાઇડ્રોજન આયનો (પ્રોટોન). ત્યાં energyર્જા સંતુલનનું નીચેનું સમીકરણ પૂર્ણ થયું:

2 એચ⁺ (aq) + 2e^– → એચ₂ (જી) (કેથોડ પર ઘટાડો)
2 એચ₂O (l) → O2 (g) + 4H⁺ (aq) + 4e^– (એનોડ પર ઓક્સિડેશન)
એકંદરે પ્રતિક્રિયા: 2 એચ₂ઓ (એલ) H 2 એચ₂ (જી) + ઓ₂ (જી)

ઘણીવાર, આલ્કલાઇન પાણીનો ઉપયોગ હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોલિસિસ માટે થાય છે. ક્ષારયુક્ત ક્ષાર ક્ષારયુક્ત ધાતુઓ અને ક્ષારયુક્ત પૃથ્વીની ધાતુઓના દ્રાવ્ય હાઇડ્રોક્સાઇડ્સ છે, જેમાંથી સામાન્ય ઉદાહરણો છે: સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (નાઓએચ, જેને પણ તરીકે ઓળખાય છે) “કોસ્ટિક સોડા ”) અને પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (KOH, જેને પણ ઓળખાય છે “કોસ્ટિક પોટાશ ”). ઇલેટ્રોલિસિસ માટે, મુખ્યત્વે 20% થી 40% કોસ્ટિક સોલ્યુશનની સાંદ્રતાનો ઉપયોગ થાય છે.

હાઇડ્રોજનનું અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ

જ્યારે હાઇડ્રોજન ગેસ ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક પ્રતિક્રિયામાં ઉત્પન્ન થાય છે, ત્યારે હાઇડ્રોજન સડો સંભવિત પર જ સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોડ્સની સપાટી એ વિસ્તાર છે, જ્યાં ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા દરમિયાન મોલેક્યુલર સ્ટેજ પર હાઇડ્રોજનની રચના થાય છે. હાઇડ્રોજન અણુઓ ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર ન્યુક્લિયટ કરે છે, જેથી પછીથી હાઇડ્રોજન ગેસ પરપોટા કેથોડની આજુબાજુ હાજર હોય. અલ્ટ્રાસોનિક ઇલેક્ટ્રોડ્સનો ઉપયોગ પ્રવૃત્તિના અવરોધ અને એકાગ્રતા અવરોધને સુધારે છે અને પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન દરમિયાન હાઇડ્રોજન પરપોટાના વધતા વેગને વેગ આપે છે. કેટલાક અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું હતું કે અલ્ટ્રાસોનિક હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન અસરકારક રીતે હાઇડ્રોજનના ઉત્પાદનમાં વધારો કરે છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન પર અલ્ટ્રાસોનિક અસરો

અલ્ટ્રાસોનિકલી ઉત્સાહિત ઇલેક્ટ્રોલિસિસને સોનો-ઇલેક્ટ્રોલિસિસ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. સોનોમેકેનિકલ અને સોનોકેમિકલ પ્રકૃતિના વિવિધ અલ્ટ્રાસોનિક પરિબળો ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓને પ્રભાવિત કરે છે અને પ્રોત્સાહન આપે છે. આ વિદ્યુત વિચ્છેદન-અસરકારક પરિબળો અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-પ્રેરિત પોલાણ અને કંપનનું પરિણામ છે અને તેમાં એકોસ્ટિક સ્ટ્રીમિંગ, માઇક્રો-ટર્બ્યુલેન્સ, માઇક્રોજેટ્સ, આંચકો તરંગો તેમજ સોનોકેમિકલ પ્રભાવો શામેલ છે. અલ્ટ્રાસોનિક / એકોસ્ટિક પોલાણ થાય છે, જ્યારે ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો પ્રવાહીમાં જોડાય છે. પોલાણની ઘટના કહેવાતા પોલાણ પરપોટાના વિકાસ અને પતન દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. પરપોટાના પ્રવાહમાં તીવ્ર-તીવ્ર, સ્થાનિક રીતે જોવા મળતી શક્તિઓ દ્વારા ચિહ્નિત થયેલ છે. આ દળોમાં 5000K સુધી તીવ્ર સ્થાનિક હીટિંગ, 1000 એટીએમ સુધીના ઉચ્ચ દબાણ અને પ્રચંડ ગરમી અને ઠંડક દર (> 100 કેક / સેકંડ) શામેલ છે અને તેઓ દ્રવ્ય અને betweenર્જા વચ્ચે એક વિશિષ્ટ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઉશ્કેરે છે. દાખલા તરીકે, તે ગુરુત્વાકર્ષણ દળો પાણીમાં હાઇડ્રોજન બંધનને અસર કરે છે અને પાણીના ક્લસ્ટરોને વિભાજીત કરવાની સુવિધા આપે છે, જેના પરિણામે વિદ્યુત વિચ્છેદન માટે forર્જા વપરાશમાં ઘટાડો થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર અલ્ટ્રાસોનિક અસર

• ઇલેક્ટ્રોડ સપાટીથી થાપણોને દૂર કરવું
• ઇલેક્ટ્રોડ સપાટીનું સક્રિયકરણ
• ઇલેક્ટ્રોડાઇટ્સ તરફ અને તેનાથી દૂર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનું પરિવહન

સપાટીઓની સફાઇ અને સક્રિયકરણ

માસ ટ્રાન્સફર એ પ્રતિક્રિયા દર, ગતિ અને ઉપજને અસર કરતા નિર્ણાયક પરિબળોમાંનું એક છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન, પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદન, દા.ત. પૂર્વધારણા, આસપાસ તેમજ સીધા ઇલેક્ટ્રોડ સપાટીઓ પર એકઠા થાય છે અને ઇલેક્ટ્રોડના તાજા સોલ્યુશનના ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક રૂપાંતરને ઘટાડે છે. અલ્ટ્રાસોનિકલી પ્રોત્સાહિત ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક પ્રક્રિયાઓ બલ્ક સોલ્યુશનમાં અને સપાટીની નજીકમાં મોટા પ્રમાણમાં સ્થાનાંતરણ દર્શાવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક સ્પંદન અને પોલાણ ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પરથી પેસિવેશન સ્તરોને દૂર કરે છે અને તેને કાયમી ધોરણે સંપૂર્ણ કાર્યક્ષમ રાખે છે. તદુપરાંત, સોનિફિકેશન એ સોનોકેમિકલ અસરો દ્વારા પ્રતિક્રિયાના માર્ગોને વધારવા માટે જાણીતું છે.

લોઅર ઓહમિક વોલ્ટેજ ડ્રોપ, રિએક્શન ઓવરપોટેન્શિયલ અને સડો સંભવિત

ઇલેક્ટ્રોલિસિસ થવા માટે જરૂરી વોલ્ટેજ સડો સંભવિત તરીકે ઓળખાય છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ પ્રક્રિયાઓમાં જરૂરી વિઘટનની સંભાવનાને ઓછી કરી શકે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક ઇલેક્ટ્રોલિસીસ સેલ

પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન માટે, અલ્ટ્રાસોનિક energyર્જા ઇનપુટ, ઇલેક્ટ્રોડ ગેપ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાંદ્રતા એ મુખ્ય પરિબળો છે જે પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન અને તેની કાર્યક્ષમતાને અસર કરે છે.
આલ્કલાઇન વિદ્યુત વિચ્છેદન માટે, સામાન્ય રીતે 20% –40% KOH અથવા NaOH ના જલીય કાસ્ટિક સોલ્યુશનવાળા ઇલેક્ટ્રોલિસિસ સેલનો ઉપયોગ થાય છે. ઇલેક્ટ્રિક energyર્જા બે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર લાગુ થાય છે.
ઇલેક્ટ્રોડ ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ પ્રતિક્રિયાની ગતિને વેગ આપવા માટે કરી શકાય છે. દાખલા તરીકે, પીટી ઇલેક્ટ્રોડ અનુકૂળ છે કારણ કે પ્રતિક્રિયા વધુ સરળતાથી થાય છે.
વૈજ્entificાનિક સંશોધન લેખ, પાણીના અલ્ટ્રાસોનિકલી-પ્રોત્સાહિત ઇલેક્ટ્રોલિસિસનો ઉપયોગ કરીને 10% -25% energyર્જા બચતની જાણ કરે છે.

પાઇલટ અને Industrialદ્યોગિક સ્કેલ પર હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિક ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ

Hielscher Ultrasonics’ loadદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો સંપૂર્ણ લોડ હેઠળ અને ભારે ડ્યુટી પ્રક્રિયાઓમાં 24/7/365 ની કામગીરી માટે બનાવવામાં આવ્યા છે.
એક જ સમયે ઇલેક્ટ્રોડ અને અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વેવ ટ્રાન્સમીટર તરીકે કામ કરે છે, અને ખાસ ઇલેક્ટ્રોલાઇસીસ રિએક્ટર્સ, ખાસ ડિઝાઇન કરેલા સોનોટ્રોડ્સ (પ્રોબ્સ), સપ્લાય કરીને, હીલ્સચર અલ્ટ્રાસોનિક્સ ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટેની ચોક્કસ આવશ્યકતાઓને પૂરી કરે છે. યુઆઈપી શ્રેણીના બધા ડિજિટલ industrialદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિસેટર્સ (UIP500hdT (500 વોટ), UIP1000hdT (1 કેડબલ્યુ), યુઆઇપી 1500 એચડીટી (1.5kW), UIP2000hdT (2 કેડબલ્યુ), અને યુઆઇપી 4000 એચડીટી (4kW)) એ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ એપ્લિકેશનો માટે ઉચ્ચ-પ્રભાવવાળા અલ્ટ્રાસોનિક એકમો છે.
નીચે આપેલ કોષ્ટક તમને અમારા અલ્ટ્રાસોનાનેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતા વિશે સંકેત આપે છે: