ડિલ્યુટ સલ્ફ્યુરિક એસિડમાંથી સોનોઇલેક્ટ્રોલાટીક હાઇડ્રોજન પ્રોડક્શન
પાતળા સલ્ફ્યુરિક એસિડનું વિદ્યુત વિચ્છેદન હાઇડ્રોજન ગેસ અને ઓક્સિજન ગેસનું નિર્માણ કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર ફેલાય સ્તરની જાડાઈને ઘટાડે છે અને ઇલેક્ટ્રોલિસિસ દરમિયાન સામૂહિક સ્થાનાંતરણને સુધારે છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક સેલમાં હાઇડ્રોજન ગેસના ઉત્પાદન દરમાં નોંધપાત્ર વધારો કરી શકે છે.
કાર્બન એનોડ અને ટાઇટેનિયમ કેથોડ સાથેના બે પ્રાયોગિક સુયોજન નીચે વર્ણવેલ છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન પર અલ્ટ્રાસોનિકેશનની સકારાત્મક અસરો દર્શાવવા માટે, ટાઇટેનિયમ કેથોડ એ સોનોઇલેક્ટ્રોડ છે. આ પાતળા સલ્ફ્યુરિક એસિડથી હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનના ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક ઉત્પાદનમાં અલ્ટ્રાસોનિક સ્પંદનો અને પોલાણ ઉમેરશે. વીજળી સાથે અવાજનું જોડાણ સોનોઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી, સોનોઇલેક્ટ્રોલિસીસ અને સોનોઇલેક્ટ્રોસિન્થેસિસમાં વપરાય છે.
હિલ્સચર અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનેઝર યુપી 100 એચ (100 વોટ, 30 કેહર્ટઝ) એ સોનોઇલેક્ટ્રોકેમિકલ અપગ્રેડથી સજ્જ છે. આ ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક પ્રક્રિયામાં કotથોડ અથવા એનોડ તરીકે સોનોટ્રોડનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે. Industrialદ્યોગિક સોનોઇલેક્ટ્રોલાટીક સેટઅપ્સ માટે, કૃપા કરીને અહીં ક્લિક કરો!
યુપી 100 એચ અવાજ પ્રોસેસર પર સોનોઇલેક્ટ્રિક કેથોડ
સોનોઇલેક્ટ્રોલિસિસ સેટઅપ 1 – એચ-પ્રકાર અવિભાજિત સેલ
સેટઅપમાં પાતળું સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H2SO4, 1.0M) નો ઉપયોગ થાય છે. એચ-પ્રકારનો અવિભાજિત કોષ ઇલેક્ટ્રોલાઇટથી ભરેલો છે. આ કોષને હોફમેન વોલ્ટેસમ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. તેમાં ત્રણ જોડાયેલા સીધા કાચ સિલિન્ડર છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટથી ભરવાની મંજૂરી આપવા માટે આંતરિક સિલિન્ડર ટોચ પર ખુલ્લું છે. બાહ્ય ટ્યુબની ટોચ પર વાલ્વ ખોલીને ભરવા દરમિયાન કોઈપણ ગેસને છટકી શકે છે. ઇલેક્ટ્રોલાટીક સેલમાં, ઇલેક્ટ્રોડ્સને રબરના રિંગ્સ દ્વારા સીલ કરવામાં આવે છે અને એસિડિફાઇડ પાણીના ઉકેલમાં sideંધુંચત્તુ નિમજ્જન કરવામાં આવે છે. સકારાત્મક એનોડ ઇલેક્ટ્રોડ કાર્બન (8 મીમી) થી બનેલું છે. નેગેટિવ કેથોડ એક ટાઇટેનિયમ અલ્ટ્રાસોનિક સોનોઇલેક્ટ્રોડ (10 મીમી, ખાસ ઉચ્ચ સપાટીવાળા ક્ષેત્ર સોનોટ્રોડ, હિલ્સચર યુપી 100 એચ, 100 વોટ, 30 કેહર્ટઝ) છે. ટાઇટેનિયમ સોનોઇલેક્ટ્રોડ અને કાર્બન ઇલેક્ટ્રોડ જડ છે. જ્યારે વિદ્યુત પાતળા સલ્ફ્યુરિક એસિડ સોલ્યુશનમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે જ વિદ્યુત વિચ્છેદન થશે. તેથી, કાર્બન એનોડ અને ટાઇટેનિયમ કેથોડ સતત વોલ્ટેજ પાવર સપ્લાય (ડાયરેક્ટ વર્તમાન) સાથે જોડાયેલા છે.
પાતળા સલ્ફ્યુરિક એસિડના વિદ્યુત વિચ્છેદનમાં ઉત્પન્ન થયેલ હાઇડ્રોજન ગેસ અને ઓક્સિજન ગેસ દરેક ઇલેક્ટ્રોડની ઉપરના સ્નાતક બાહ્ય ટ્યુબમાં એકત્રિત કરવામાં આવે છે. ગેસની માત્રા બાહ્ય ટ્યુબમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટને વિસ્થાપિત કરે છે, અને વધારાના ગેસનું પ્રમાણ માપી શકાય છે. ગેસના પ્રમાણનું સૈદ્ધાંતિક ગુણોત્તર 2: 1 છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન દરમિયાન, ફક્ત હાઇડ્રોજન ગેસ અને ઓક્સિજન ગેસ તરીકે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી પાણી દૂર કરવામાં આવે છે. તેથી, વિદ્યુત વિચ્છેદન દરમિયાન પાતળા સલ્ફ્યુરિક એસિડની સાંદ્રતા થોડી વધી જાય છે.
નીચેની વિડિઓમાં પલ્સડ અલ્ટ્રાસોનિકેશન (100% કંપનવિસ્તાર, સાયકલ મોડ, 0.2 સેકન્ડ, 0.8 સેકંડ બંધ) નો ઉપયોગ કરીને પાતળા સલ્ફ્યુરિક એસિડના સોનોઇલેક્ટ્રોલિસિસ બતાવવામાં આવ્યા છે. બંને પરીક્ષણો 2.1 વી (ડીસી, સતત વોલ્ટેજ) પર ચલાવવામાં આવ્યા હતા.
સોનોઇલેક્ટ્રોલિસિસ સેટઅપ 2 – સરળ બેચ
કાચનું પાત્ર પાતળા સલ્ફ્યુરિક એસિડ (એચ 2 એસઓ 4, 1.0 એમ) ની ઇલેક્ટ્રોલાઇટથી ભરેલું છે. આ સરળ ઇલેક્ટ્રોલાટીક સેલમાં, ઇલેક્ટ્રોડ્સ એસિડિફાઇડ પાણીના ઉકેલમાં ડૂબી જાય છે. સકારાત્મક એનોડ ઇલેક્ટ્રોડ કાર્બન (8 મીમી) થી બનેલું છે. નેગેટિવ કેથોડ એ ટાઇટેનિયમ અલ્ટ્રાસોનિક સોનોઇલેક્ટ્રોડ (10 મીમી, એમએસ 10, હિલ્સચર યુપી 100 એચ, 100 વોટ, 30 કેહર્ટઝ) છે. જ્યારે વિદ્યુત પાતળા સલ્ફ્યુરિક એસિડ સોલ્યુશનમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે જ વિદ્યુત વિચ્છેદન થશે. તેથી, કાર્બન એનોડ અને ટાઇટેનિયમ કેથોડ સતત વોલ્ટેજ પાવર સપ્લાય (ડાયરેક્ટ વર્તમાન) સાથે જોડાયેલા છે. ટાઇટેનિયમ ઇલેક્ટ્રોડ અને કાર્બન ઇલેક્ટ્રોડ જડ છે. પાતળા સલ્ફ્યુરિક એસિડના વિદ્યુત વિચ્છેદનમાં ઉત્પન્ન થયેલ હાઇડ્રોજન ગેસ અને ઓક્સિજન ગેસ આ સેટઅપમાં એકત્રિત થતો નથી. નીચેની વિડિઓ કામગીરીમાં આ ખૂબ સરળ સેટઅપ બતાવે છે.
ઇલેક્ટ્રોલિસિસ દરમિયાન શું થાય છે?
હાઇડ્રોજન આયનો નકારાત્મક કેથોડ તરફ આકર્ષિત થાય છે. ત્યાં, ઇલેક્ટ્રોન ગેઇન દ્વારા હાઇડ્રોજન આયન અથવા પાણીના અણુઓને હાઇડ્રોજન ગેસના પરમાણુઓમાં ઘટાડવામાં આવે છે. પરિણામે હાઇડ્રોજન ગેસના અણુઓને હાઇડ્રોજન ગેસ તરીકે વિસર્જિત કરવામાં આવે છે. ઘણા પ્રતિક્રિયાશીલ મેટલ ક્ષાર અથવા એસિડ સોલ્યુશન્સનું વિદ્યુત વિચ્છેદન નકારાત્મક કેથોડ ઇલેક્ટ્રોડ પર હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરે છે.
નકારાત્મક સલ્ફેટ આયનો અથવા હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનોના નિશાન સકારાત્મક એનોડ તરફ આકર્ષાય છે. સલ્ફેટ આયન પોતે ખૂબ સ્થિર છે, જેથી કંઇ થતું નથી. ઓક્સિજન રચવા માટે હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનો અથવા પાણીના અણુઓ એનોડ પર ડિસ્ચાર્જ અને ઓક્સિડાઇઝ્ડ થાય છે. આ સકારાત્મક એનોડ પ્રતિક્રિયા એ ઇલેક્ટ્રોન નુકસાન દ્વારા oxક્સિડેશન ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયા છે.
આપણે કેમ ડિલ્યુટ સલ્ફ્યુરિક એસિડનો ઉપયોગ કરીએ છીએ?
પાણીમાં માત્ર હાઇડ્રોજન આયનો અને હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનોની મિનિટ સાંદ્રતા હોય છે. આ વિદ્યુત વાહકતાને મર્યાદિત કરે છે. પાતળા સલ્ફ્યુરિક એસિડમાંથી હાઇડ્રોજન આયનો અને સલ્ફેટ આયનોની concentંચી સાંદ્રતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટની વિદ્યુત વાહકતામાં સુધારો કરે છે. વૈકલ્પિક રીતે, તમે આલ્કલાઇન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશનનો ઉપયોગ કરી શકો છો જેમ કે પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (KOH) અથવા સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (એનએઓએચ), અને પાણી. સ saltsલ્ટ અથવા સલ્ફ્યુરિક એસિડના ઘણા ઉકેલોનું વિદ્યુત વિચ્છેદન, નકારાત્મક કેથોડ પર હાઇડ્રોજન અને સકારાત્મક એનોડ પર ઓક્સિજન ઉત્પન્ન કરે છે. હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ અથવા ક્લોરાઇડ ક્ષારનું વિદ્યુત વિચ્છેદન એ એનોડ પર ક્લોરિન ઉત્પન્ન કરે છે.
ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર એટલે શું?
ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર એ એક ઉપકરણ છે જે પાણીને હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં વિદ્યુત વિચ્છેદન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર હાઇડ્રોજન ગેસ અને ઓક્સિજન ગેસ ઉત્પન્ન કરવા માટે વીજળીનો ઉપયોગ કરે છે. હાઇડ્રોજન ગેસ કોમ્પ્રેસ્ડ અથવા લિક્વિફાઇડ ગેસ તરીકે સંગ્રહિત કરી શકાય છે. હાઇડ્રોજન એ કાર, ટ્રેનો, બસો અથવા ટ્રકમાં હાઇડ્રોજન ફ્યુઅલ સેલમાં ઉપયોગ માટે ઉર્જા વાહક છે.
મૂળભૂત ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરમાં કેથોડ (નકારાત્મક ચાર્જ) અને એનોડ (સકારાત્મક ચાર્જ) અને પેરિફેરલ ઘટકો હોય છે, જેમ કે પમ્પ્સ, વેન્ટ્સ, સ્ટોરેજ ટેન્ક્સ, પાવર સપ્લાય, એક વિભાજક અને અન્ય ઘટકો. જળ વિદ્યુત વિચ્છેદન એક ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા છે જે ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરની અંદર થાય છે. એનોડ અને કેથોડ સીધા પ્રવાહ દ્વારા સંચાલિત થાય છે અને પાણી (એચ 20) તેના ઘટકો હાઇડ્રોજન (એચ 2) અને ઓક્સિજન (ઓ 2) માં વિભાજિત થાય છે.
સાહિત્ય / સંદર્ભો
- 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.