ייצור מימן יעיל עם אולטרסוניקה

מימן הוא דלק חלופי העדיף בשל ידידותיות הסביבה שלה ואפס פליטת פחמן דו חמצני. עם זאת, ייצור מימן קונבנציונלי אינו יעיל לייצור המוני חסכוני. אולטרסוניקה קידם אלקטרוליזה של מים ופתרונות מים אלקליין תוצאות תפוקות מימן גבוהות יותר, קצב תגובה ומהירות המרה. אלקטרוליזה בסיוע Ultrasonically עושה ייצור מימן חסכוני ואנרגיה יעילה.
אולטראסוניקה קידם תגובות אלקטרוכימיות כגון אלקטרוליזה ואלקטרו קרישה להראות מהירות תגובה משופרת, קצב ותשואות.

ייצור מימן יעיל עם Sonication

אלקטרוליזה של מים ותמיסות מימיות לצורך ייצור מימן היא תהליך מבטיח לייצור אנרגיה נקייה. אלקטרוליזה של מים היא תהליך אלקטרוכימי שבו חשמל מופעל כדי לפצל מים לשני גזים, כלומר מימן (H2) וחמצן (O2). כדי לבקע את ה-H – הו – קשרי H על ידי אלקטרוליזה, זרם חשמלי הוא לרוץ דרך המים.
עבור התגובה האלקטרוליטית, מטבע חשמלי ישיר מוחל כדי ליזום תגובה לא ספונטנית אחרת. אלקטרוליזה יכולה לייצר מימן בעל טוהר גבוה בתהליך פשוט, ידידותי לסביבה וירוק עם אפס פליטת CO2 מכיוון ש-O2 הוא תוצר הלוואי היחיד.

סרטון זה ממחיש את ההשפעה החיובית של אולטראסוניקציה ישירה של אלקטרודות על הזרם החשמלי. הוא משתמש בהומוגנייזר אולטראסוני Hielscher UP100H (100 וואט, 30kHz) עם שדרוג אלקטרו-כימיה ואלקטרודה/סונוטרודה מטיטניום. אלקטרוליזה של חומצה גופרתית מדוללת מייצרת גז מימן וגז חמצן. אולטראסוניקציה מפחיתה את עובי שכבת הדיפוזיה במשטח האלקטרודה ומשפרת את העברת המסה במהלך האלקטרוליזה.

סונו-אלקטרו-כימיה - המחשה של השפעת אולטרסוניקה על אלקטרוליזה אצווה

תמונה ממוזערת של וידאו

בקשת מידע





סינתזה אלקטרוכימית קולית היא שיטה יעילה ביותר לייצור מימן. הטיפול הסונו-אלקטרוכימי מקדם את הפיצול של קשרי H – O – H על ידי אלקטרוליזה, זרם חשמלי עובר דרך המים.

2x מעבדים קוליים של המודל UIP200hdT עם בדיקות, הפועלות כאלקטרודות, כלומר קתודה ואנודה. רטט האולטרסאונד והקוויטציה מקדמים ייצור מימן אלקטרוכימי.

 
לגבי האלקטרוליזה של המים, פיצול מים לחמצן ומימן מושגת על ידי העברת זרם חשמלי דרך המים.
במים טהורים בקתודה הטעונה שלילית, מתרחשת תגובת חיזור שבה אלקטרונים (e−) מהקתודה נתרמים לקטיונים של מימן כך שנוצר גז מימן. באנודה הטעונה חיובית, מתרחשת תגובת חמצון, המייצרת גז חמצן תוך מתן אלקטרונים לאנודה. משמעות הדבר היא שמים מגיבים באנודה ליצירת חמצן ויוני מימן טעונים חיובית (פרוטונים). בכך הושלמה המשוואה הבאה של מאזן האנרגיה:
 
2הות ותיה+ (aq) + 2e → H2 (ז) (הפחתה בקטודה)
2הות ותיה2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e (חמצון באנודה)
תגובה כללית: 2H2O (l) → 2H2 (ז) + O2 (g) מה אתה עושה כאן?
 
לעתים קרובות, מים אלקליין משמש אלקטרוליזה על מנת לייצר מימן. מלחים אלקליים הם הידרוקסידים מסיסים של מתכות אלקליות ומתכות אדמה בסיסיות, אשר דוגמאות נפוצות מהן הן: נתרן הידרוקסידי (NaOH, הידוע גם בשם סודה קאוסטית) ואשלגן הידרוקסידי (KOH, הידוע גם בשם אשלג קאוסטי). עבור eletcrolysis, בעיקר ריכוזים של 20% עד 40% תמיסה קאוסטית משמשים.

ייצור סונו-אלקטרוכימי של מימן בקתודה קולית.

ייצור סונו-אלקטרוכימי של מימן בקתודה קולית.

 

סרטון זה ממחיש את ההשפעה החיובית של אולטרסוניקציה ישירה של אלקטרודות על הזרם החשמלי במערך אלקטרוליזר H-Cell. הוא משתמש בהומוגנייזר אולטראסוני Hielscher UP100H (100 וואט, 30kHz) עם שדרוג אלקטרו-כימיה ואלקטרודה/סונוטרודה מטיטניום. אלקטרוליזה של חומצה גופרתית מדוללת מייצרת גז מימן וגז חמצן. אולטראסוניקציה מפחיתה את עובי שכבת הדיפוזיה במשטח האלקטרודה ומשפרת את העברת המסה במהלך האלקטרוליזה.

סונו-אלקטרו-כימיה - המחשה של השפעת אולטרסאונד על אלקטרוליזה של תאי H

תמונה ממוזערת של וידאו

 

סינתזה אולטראסוניות של מימן

כאשר גז מימן מיוצר בתגובה אלקטרוליטית, המימן מסונתז ממש על פוטנציאל הריקבון. פני השטח של אלקטרודות הוא האזור, שבו היווצרות מימן מתרחשת על הבמה המולקולרית במהלך התגובה האלקטרוכימית. מולקולות המימן מתעבצות על פני האלקטרודה, כך שבועות גז מימן נמצאות לאחר מכן סביב הקתודה. באמצעות אלקטרודות אולטראסוניות משפר את הפרעות פעילות וריכוז מכשול ומאיץ את העלייה של בועות מימן במהלך אלקטרוליזה מים. מספר מחקרים הראו כי ייצור מימן אולטראסוניות מגביר את תשואות מימן ביעילות.

 
היתרונות של אולטרסוניקה על אלקטרוליזה מימן

  • תשואות מימן גבוהות יותר
  • יעילות אנרגטית משופרת

כמו תוצאות אולטרסאונד ב:

  • העברת מסה מוגברת
  • הפחתה מואצת של מכשול מצטבר
  • ירידה מופחתת במתח אומי
  • תגובה מופחתת יתר על פני פוטנטיות
  • פוטנציאל ריקבון מופחת
  • דגיגה של מים / תמיסה מים
  • ניקוי זרזים אלקטרודה

 

אפקטים אולטראסוניות על אלקטרוליזה

Ultrasonically excited electrolysis is also known as sono-electrolysis. Various ultrasonic factors of sonomechanical and sonochemical nature influence and promote electrochemical reactions. These electrolysis-influencing factors are results of ultrasound-induced cavitation and vibration and include acoustic streaming, micro-turbulences, microjets, shock waves as well as sonochemical effects. Ultrasonic / acoustic cavitation occurs, when high-intensity ultrasound waves are coupled into liquid. The phenomenon of cavitation is characterized by the growth and collapse of so-called cavitation bubbles. The bubble implosion is marked by super-intense, locally occuring forces. These forces include intense local heating of up to 5000K, high pressures of up to 1000 atm, and enormous heating and cooling rates (>100k/sec) and they provoke a unique interaction between matter and energy. For instance, those cavitational forces impact hydrogen bondings in water and facilitate splitting of water clusters which subsequently results in a reduced energy consumption for the electrolysis.
 
השפעה אולטראסוניות על אלקטרודות

  • הסרת פיקדונות מפני האלקטרודה
  • הפעלת משטח האלקטרודה
  • הובלת אלקטרוליטים לכיוון והרחק מאלקטרודות

 

ניקוי אולטראסוני והפעלה של משטחי אלקטרודות

העברה המונית היא אחד הגורמים המכריעים המשפיעים על קצב התגובה, המהירות והתשואה. במהלך תגובות אלקטרוליטיות, מוצר התגובה, למשל משקעים, מצטברים סביב, כמו גם ישירות על משטחי האלקטרודה ולהאט את ההמרה האלקטרוליטית של פתרון טרי לאלקטרודה. תהליכים אלקטרוליטיים מקודמים Ultrasonically להראות העברת מסה מוגברת בתמיסה בתפזורת ליד המשטחים. רטט אולטראסוניות קביטציה מסיר שכבות passivation מפני משטחי אלקטרודה ולשמור אותם ובכך יעיל באופן קבוע באופן מלא. יתר על כן, sonification ידוע כדי לשפר את מסלולי התגובה על ידי השפעות סונוכימיות.

ירידה במתח אומי נמוך יותר, תגובה יתר על על על-זמנית ופוטנציאל ריקבון

המתח הדרוש להתרחשות אלקטרוליזה ידוע כפוטנציאל ריקבון. אולטרסאונד יכול להפחית את פוטנציאל הריקבון הדרוש בתהליכי אלקטרוליזה.

תא אלקטרוליזה אולטראסוניות

עבור אלקטרוליזה מים, קלט אנרגיה אולטראסוניות, פער אלקטרודה, וריכוז אלקטרוליט הם גורמי מפתח המשפיעים על אלקטרוליזה מים ויעילותו.
עבור אלקטרוליזה אלקליין, תא אלקטרוליזה עם תמיסה קאוסטית מים של בדרך כלל 20%-40% KOH או NaOH משמש. אנרגיה חשמלית מוחלת על שתי אלקטרודות.
זרזים אלקטרודה יכול לשמש כדי להאיץ את מהירות התגובה. לדוגמה, אלקטרודות Pt הן עדיפות כמו התגובה מתרחשת בקלות רבה יותר.
מאמרי מחקר מדעיים מדווחים 10%-25% חיסכון באנרגיה באמצעות אלקטרוליזה מקודמת ultrasonically של מים.

אלקטרוליזרים אולטראסוניות לייצור מימן בפיילוט וסקאלה תעשייתית

Hielscher אולטרסוניקה’ מעבדי אולטראסוניות תעשייתיים בנויים עבור הפעולה 24/7/365 תחת עומס מלא בתהליכים חובה כבדה.
על ידי אספקת מערכות אולטראסוניות חזקות, sonotrodes מיוחד מעוצב (בדיקות), אשר מתפקדים כמו אלקטרודה משדר גל אולטרסאונד באותו זמן, כורי אלקטרוליזה, Hielscher אולטרסוניקה מספק את הדרישות הספציפיות לייצור מימן אלקטרוליטי. כל אולטרסוניות תעשייתי דיגיטלי של סדרת UIP (UIP500hdT (500 וואט), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1.5kW), UIP2000hdT (2kW), ו- UIP4000hdT (4kW)) הן יחידות אולטרה סאונד ביצועים גבוהים עבור יישומי אלקטרוליזה.

הבדיקה הקולית של ultrasonicator ביצועים גבוהים ultrasonicator UIP2000hdT פונקציות כמו אנודה. בשל השדה הקולי מיושם, אלקטרוליזה של מימן מקודמת.

בדיקה קולית של UIP2000hdT פונקציות כאנודה. גלי אולטראסוניות מיושמים להעצים את הסינתזה אלקטרוליטית של מימן.

הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו:

נפח תצווה קצב זרימה התקנים מומלצים
00.02 עד 5L 0.05 עד 1L/min UIP500hdT
00.05 עד 10 ל' 0.1 עד 2L/דקות UIP1000hdT
00.07 עד 15 ל'. 0.15 עד 3L/min UIP1500hdT
0.1 ל 20L 0.2 ל 4 ליטר / דקה UIP2000hdT
10 עד 100 ליטר 2 עד 10L / min UIP4000hdT

תיצור איתנו קשר! / שאל אותנו!

בקש מידע נוסף

אנא השתמש בטופס שלהלן כדי לבקש מידע נוסף על אלקטרודות על-קוליות ומערכות סונו-אלקטרוכימיות, פרטי יישום ותמחור. נשמח לדון איתך בתהליך הסונו-אלקטרוכימי שלך ולהציע לך מערכת קולית הממלאת את דרישותיך!









הינכם מתבקשים לשים לב מדיניות פרטיות.


homogenizers גבוה גזרה גבוהה אולטרה סאונד משמשים במעבדה, ספסל העליון, פיילוט ועיבוד תעשייתי.

Hielscher אולטרסוניקה מייצרת הומוגניזרים אולטראסוניות ביצועים גבוהים עבור ערבוב יישומים, פיזור, אמולסיה וחילוץ על מעבדה, טייס בקנה מידה תעשייתי.



עובדות שראוי לדעת

מהו מימן?

מימן הוא היסוד הכימי עם הסמל H ומספר אטומי 1. עם משקל אטומי סטנדרטי של 1.008, מימן הוא היסוד הקל ביותר בטבלה המחזורית. מימן הוא החומר הכימי הנפוץ ביותר ביקום, המהווה בערך 75% מכל המסה הברונית. H2 הוא גז אשר נוצר כאשר שני אטומי מימן להתחבר יחד ולהיות מולקולת מימן. H2 נקרא גם מימן מולקולרי והוא מולקולה דיאטומית, הומו-נוקלאר. הוא מורכב משני פרוטונים ושני אלקטרונים. לאחר טעינה נייטרלית, מימן מולקולרי הוא יציב ובכך הצורה הנפוצה ביותר של מימן.

כאשר מימן מיוצר בקנה מידה תעשייתי, קיטור רפורמה גז טבעי הוא צורת הייצור הנפוצה ביותר. שיטה חלופית היא אלקטרוליזה של מים. רוב המימן מיוצר בסמוך לאתר השימוש האחרון בו, למשל ליד מתקני עיבוד דלק מאובנים (למשל, הידרו-פיצוח) ויצרני דשנים מבוססי אמוניה.

ספרות/הפניות

נשמח לדון בתהליך שלך.

בואו ניצור קשר.