तनु सल्फ्यूरिक एसिड से सोनोइलेक्ट्रोलिटिक हाइड्रोजन उत्पादन
तनु सल्फ्यूरिक एसिड का इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन गैस और ऑक्सीजन गैस पैदा करता है। अल्ट्रासोनिकेशन इलेक्ट्रोड सतह पर प्रसार परत की मोटाई को कम करता है और इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान बड़े पैमाने पर हस्तांतरण में सुधार करता है। अल्ट्रासोनिकेशन इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में हाइड्रोजन गैस उत्पादन दरों में वृद्धि कर सकता है, काफी।
एक कार्बन एनोड और एक टाइटेनियम कैथोड के साथ दो प्रयोगात्मक सेटअप नीचे वर्णित हैं । इलेक्ट्रोलिसिस पर अल्ट्रासोनिकेशन के सकारात्मक प्रभावों को प्रदर्शित करने के लिए, टाइटेनियम कैथोड एक सोनोइलेक्ट्रोड है। यह पतला सल्फ्यूरिक एसिड से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के इलेक्ट्रोलाइटिक उत्पादन के लिए अल्ट्रासोनिक कंपन और कैविटेशन जोड़ता है। बिजली के साथ अल्ट्रासोनिक्स के संयोजन का उपयोग सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री, सोनोइलेक्ट्रोलिसिस और सोनोइलेक्ट्रोसिंथेसिस में किया जाता है।
हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइजर UP100H (100 वाट, 30kHz) एक सोनोइलेक्ट्रोकेमिकल अपग्रेड से लैस है। यह एक इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रिया में एक कैथोड या एनोड के रूप में सोनोट्रोड का उपयोग करने की अनुमति देता है। औद्योगिक सोनोइलेक्ट्रोलिटिक सेटअप के लिए, कृपया यहां क्लिक करें!
UP100H अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर पर सोनोइलेक्ट्रिक कैथोड
सोनोइलेक्ट्रोलिसिस सेटअप 1 – एच-प्रकार अविभाजित सेल
सेटअप पतला सल्फ्यूरिक एसिड (H2SO4, 1.0 M) का उपयोग करता है । एक एच-प्रकार अविभाजित कोशिका इलेक्ट्रोलाइट से भरी हुई है। इस सेल को हॉफमैन वोल्टामेटर के नाम से जाना जाता है। इसमें तीन सीधे ग्लास सिलेंडर शामिल हैं। इलेक्ट्रोलाइट के साथ भरने की अनुमति देने के लिए आंतरिक सिलेंडर शीर्ष पर खुला है। बाहरी ट्यूबों के शीर्ष पर वाल्व खोलने से किसी भी गैस को भरने के दौरान बचने की अनुमति देता है। इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में इलेक्ट्रोड को रबर के छल्ले से सील कर दिया जाता है और अम्लीय पानी के घोल में उल्टा डुबोया जाता है। सकारात्मक एनोड इलेक्ट्रोड कार्बन (8mm) से बना है। नकारात्मक कैथोड एक टाइटेनियम अल्ट्रासोनिक सोनोइलेक्ट्रोड (10 मिमी, विशेष उच्च सतह क्षेत्र सोनोट्रॉाइड, हिल्स्चर यूपी100एच, 100 वाट, 30kHz) है। टाइटेनियम सोनोइलेक्ट्रोड और कार्बन इलेक्ट्रोड निष्क्रिय हैं। इलेक्ट्रोलिसिस तभी होगा जब बिजली तनु सल्फ्यूरिक एसिड समाधान के माध्यम से पारित की जाती है। इसलिए, कार्बन एनोड और एक टाइटेनियम कैथोड एक निरंतर वोल्टेज बिजली की आपूर्ति (प्रत्यक्ष वर्तमान) से जुड़े हुए हैं।
हाइड्रोजन गैस और तनु सल्फ्यूरिक एसिड के इलेक्ट्रोलिसिस में उत्पादित ऑक्सीजन गैस प्रत्येक इलेक्ट्रोड के ऊपर स्नातक बाहरी ट्यूबों में एकत्र की जाती है। गैस की मात्रा बाहरी ट्यूबों में इलेक्ट्रोलाइट को विस्थापित करती है, और अतिरिक्त गैस की मात्रा को मापा जा सकता है। गैस की मात्रा का सैद्धांतिक अनुपात 2:1 है। इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान इलेक्ट्रोलाइट से हाइड्रोजन गैस और ऑक्सीजन गैस के रूप में केवल पानी निकल जाता है। इसलिए, इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान पतला सल्फ्यूरिक एसिड की एकाग्रता थोड़ी बढ़ जाती है।
नीचे दिए गए वीडियो में स्पंदित अल्ट्रासोनिकेशन (100% आयाम, चक्र मोड, 0.2 सेकंड पर, 0.8 सेकंड बंद) का उपयोग करके पतला सल्फ्यूरिक एसिड का सोनोइलेक्ट्रोलिसिस दिखाया गया है। दोनों टेस्ट 2.1वी (डीसी, लगातार वोल्टेज) पर चलाए गए ।
सोनोइलेक्ट्रोलिसिस सेटअप 2 – सरल बैच
एक ग्लास पोत को पतला सल्फ्यूरिक एसिड (H2SO4, 1.0 M) के इलेक्ट्रोलाइट से भरा जाता है। इस साधारण इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में इलेक्ट्रोड अम्लीय पानी के घोल में डूब जाते हैं। सकारात्मक एनोड इलेक्ट्रोड कार्बन (8mm) से बना है। नकारात्मक कैथोड एक टाइटेनियम अल्ट्रासोनिक सोनोइलेक्ट्रोड (10 मिमी, एमएस10, हिल्स्चर यूपी100एच, 100 वाट, 30kHz) है। इलेक्ट्रोलिसिस तभी होगा जब बिजली तनु सल्फ्यूरिक एसिड समाधान के माध्यम से पारित की जाती है। इसलिए, कार्बन एनोड और एक टाइटेनियम कैथोड एक निरंतर वोल्टेज बिजली की आपूर्ति (प्रत्यक्ष वर्तमान) से जुड़े हुए हैं। टाइटेनियम इलेक्ट्रोड और कार्बन इलेक्ट्रोड निष्क्रिय हैं। हाइड्रोजन गैस और तनु सल्फ्यूरिक एसिड के इलेक्ट्रोलिसिस में उत्पादित ऑक्सीजन गैस इस सेटअप में एकत्र नहीं होती है। नीचे दिए गए वीडियो में ऑपरेशन में यह बहुत ही सरल सेटअप दिखाया गया है।
इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान क्या होता है?
हाइड्रोजन आयन नकारात्मक कैथोड की ओर आकर्षित होते हैं। वहां, हाइड्रोजन आयन या पानी के अणुओं को इलेक्ट्रॉन लाभ द्वारा हाइड्रोजन गैस अणुओं में कम कर दिया जाता है। नतीजतन हाइड्रोजन गैस के अणुओं को हाइड्रोजन गैस के रूप में डिस्चार्ज कर दिया जाता है । कई प्रतिक्रियाशील धातु लवण या एसिड समाधानों का इलेक्ट्रोलिसिस नकारात्मक कैथोड इलेक्ट्रोड पर हाइड्रोजन का उत्पादन करता है।
नकारात्मक सल्फेट आयनों या हाइड्रोक्साइड आयनों के निशान सकारात्मक एनोड की ओर आकर्षित होते हैं। सल्फेट आयन अपने आप में बहुत स्थिर है, ताकि कुछ भी नहीं होता है। हाइड्रोक्साइड आयनों या पानी के अणुओं को ऑक्सीजन बनाने के लिए एनोड पर छोड़ दिया जाता है और ऑक्सीकरण किया जाता है। यह सकारात्मक एनोड रिएक्शन इलेक्ट्रॉन हानि द्वारा ऑक्सीकरण इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया है।
हम तनु सल्फ्यूरिक एसिड का इस्तेमाल क्यों करते हैं?
पानी में हाइड्रोजन आयनों और हाइड्रोक्साइड आयनों की मिनट सांद्रता होती है, केवल। यह विद्युत चालकता को सीमित करता है। हाइड्रोजन आयनों की उच्च सांद्रता और तनु सल्फ्यूरिक एसिड से सल्फेट आयन इलेक्ट्रोलाइट की विद्युत चालकता में सुधार करते हैं। वैकल्पिक रूप से, आप क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट समाधान जैसे पोटेशियम हाइड्रोक्साइड (कोह) या सोडियम हाइड्रोक्साइड (एनएओएच) और पानी का उपयोग कर सकते हैं। लवण या सल्फ्यूरिक एसिड के कई समाधानों का इलेक्ट्रोलिसिस सकारात्मक एनोड पर नकारात्मक कैथोड और ऑक्सीजन पर हाइड्रोजन पैदा करता है। हाइड्रोक्लोरिक एसिड या क्लोराइड साल्ट का इलेक्ट्रोलिसिस एनोड पर क्लोरीन पैदा करता है।
इलेक्ट्रोलाइजर क्या है?
इलेक्ट्रोलाइजर इलेक्ट्रोलिसिस के नाम से जानी जाने वाली प्रक्रिया में पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अलग करने का एक उपकरण है । इलेक्ट्रोलाइजर हाइड्रोजन गैस और ऑक्सीजन गैस का उत्पादन करने के लिए बिजली का उपयोग करता है। हाइड्रोजन गैस को संकुचित या तरलीकृत गैस के रूप में संग्रहीत किया जा सकता है। हाइड्रोजन कारों, ट्रेनों, बसों या ट्रकों में हाइड्रोजन ईंधन सेल में उपयोग के लिए एक ऊर्जा वाहक है।
एक बुनियादी इलेक्ट्रोलाइटर में एक कैथोड (नकारात्मक आवेश) और एक एनोड (सकारात्मक चार्ज) और परिधीय घटक होते हैं, जैसे पंप, वेंट्स, स्टोरेज टैंक, एक बिजली की आपूर्ति, एक विभाजक, और अन्य घटक। वॉटर इलेक्ट्रोलिसिस एक इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन है जो इलेक्ट्रोलाइजर के भीतर होता है। एनोड और कैथोड एक प्रत्यक्ष वर्तमान द्वारा संचालित होते हैं और पानी (एच 20) को इसके घटकों हाइड्रोजन (एच 2) और ऑक्सीजन (O2) में विभाजित किया जाता है।
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