पतला सल्फ्यूरिक एसिड से सोनोइलेक्ट्रोलाइटिक हाइड्रोजन उत्पादन
पतला सल्फ्यूरिक एसिड का इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन गैस और ऑक्सीजन गैस का उत्पादन 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 दर में काफी वृद्धि कर सकता है।
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 में अल्ट्रासोनिक कंपन और गुहिकायन जोड़ता है। बिजली के साथ अल्ट्रासोनिक्स के संयोजन का उपयोग सोनोइलेक्ट्रोकेमिस्ट्री, सोनोइलेक्ट्रोलिसिस और सोनोइलेक्ट्रोसिंथेसिस में किया जाता है।
Hielscher अल्ट्रासोनिक homogenizer UP100H (100 वाट, 30kHz) एक sonoelectrochemical उन्नयन के साथ सुसज्जित है। यह इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रिया में सोनोट्रोड को कैथोड या एनोड के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है। औद्योगिक सोनोइलेक्ट्रोलाइटिक सेटअप के लिए, कृपया यहां क्लिक करे!
सोनोइलेक्ट्रोलिसिस सेटअप 1 – एच-प्रकार अविभाजित सेल
सेटअप पतला सल्फ्यूरिक एसिड (H2SO4, 1.0M) का उपयोग करता है। एक एच-प्रकार अविभाजित सेल इलेक्ट्रोलाइट से भरा होता है। इस सेल को हॉफमैन वोल्टामीटर के रूप में जाना जाता है। इसमें तीन जुड़े हुए सीधे ग्लास सिलेंडर हैं। इलेक्ट्रोलाइट से भरने की अनुमति देने के लिए आंतरिक सिलेंडर शीर्ष पर खुला है। बाहरी ट्यूबों के शीर्ष पर वाल्व खोलने से भरने के दौरान किसी भी गैस से बचने की अनुमति मिलती है। इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में, इलेक्ट्रोड को रबर के छल्ले द्वारा सील कर दिया जाता है और अम्लीय पानी के घोल में उल्टा डुबो दिया जाता है। सकारात्मक एनोड इलेक्ट्रोड कार्बन (8 मिमी) से बना है। नकारात्मक कैथोड एक टाइटेनियम अल्ट्रासोनिक सोनोइलेक्ट्रोड (10 मिमी, विशेष उच्च सतह क्षेत्र सोनोट्रोड, हिल्स्चर UP100H, 100 वाट, 30kHz) है। टाइटेनियम सोनोइलेक्ट्रोड और कार्बन इलेक्ट्रोड निष्क्रिय हैं। इलेक्ट्रोलिसिस केवल तभी होगा जब बिजली को पतला सल्फ्यूरिक एसिड समाधान के माध्यम से पारित किया जाता है। इसलिए, कार्बन एनोड और एक टाइटेनियम कैथोड एक निरंतर वोल्टेज बिजली की आपूर्ति (प्रत्यक्ष वर्तमान) से जुड़े होते हैं।
तनु सल्फ्यूरिक एसिड के इलेक्ट्रोलिसिस में उत्पादित हाइड्रोजन गैस और 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 केवल पानी को हाइड्रोजन गैस और ऑक्सीजन गैस के रूप में निकाला जाता है। इसलिए, इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान पतला सल्फ्यूरिक एसिड की एकाग्रता थोड़ी बढ़ जाती है।
नीचे दिया गया वीडियो स्पंदित अल्ट्रासोनिकेशन (100% आयाम, चक्र मोड, 0.2 सेकंड चालू, 0.8 सेकंड बंद) का उपयोग करके पतला सल्फ्यूरिक एसिड के सोनोइलेक्ट्रोलिसिस को दिखाता है। दोनों परीक्षण 2.1V (डीसी, निरंतर वोल्टेज) पर चलाए गए थे।
सोनोइलेक्ट्रोलिसिस सेटअप 2 – सरल बैच
एक कांच का बर्तन तनु सल्फ्यूरिक एसिड (H2SO4, 1.0M) के इलेक्ट्रोलाइट से भरा है। इस सरल इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में, इलेक्ट्रोड अम्लीय पानी के घोल में डूब जाते हैं। सकारात्मक एनोड इलेक्ट्रोड कार्बन (8 मिमी) से बना है। नकारात्मक कैथोड एक टाइटेनियम अल्ट्रासोनिक सोनोइलेक्ट्रोड (10 मिमी, एमएस 10, हिल्स्चर UP100H, 100 वाट, 30kHz) है। इलेक्ट्रोलिसिस केवल तभी होगा जब बिजली को पतला सल्फ्यूरिक एसिड समाधान के माध्यम से पारित किया जाता है। इसलिए, कार्बन एनोड और एक टाइटेनियम कैथोड एक निरंतर वोल्टेज बिजली की आपूर्ति (प्रत्यक्ष वर्तमान) से जुड़े होते हैं। टाइटेनियम इलेक्ट्रोड और कार्बन इलेक्ट्रोड निष्क्रिय हैं। तनु सल्फ्यूरिक एसिड के इलेक्ट्रोलिसिस में उत्पादित हाइड्रोजन गैस और ऑक्सीजन गैस को इस सेटअप में एकत्र नहीं किया जाता है। नीचे दिया गया वीडियो ऑपरेशन में यह बहुत ही सरल सेटअप दिखाता है।
इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान क्या होता है?
हाइड्रोजन आयन नकारात्मक कैथोड की ओर आकर्षित होते हैं। वहां, हाइड्रोजन आयन या पानी के अणु एक इलेक्ट्रॉन लाभ द्वारा हाइड्रोजन गैस के अणुओं में कम हो जाते हैं। परिणामस्वरूप हाइड्रोजन गैस के अणुओं को हाइड्रोजन गैस के रूप में छुट्टी दे दी जाती है। कई प्रतिक्रियाशील धातु लवण या एसिड समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस नकारात्मक कैथोड इलेक्ट्रोड पर हाइड्रोजन का उत्पादन करते हैं।
नकारात्मक सल्फेट आयन या हाइड्रॉक्साइड आयनों के निशान सकारात्मक एनोड की ओर आकर्षित होते हैं। सल्फेट आयन स्वयं बहुत स्थिर है, ताकि कुछ भी न हो। हाइड्रॉक्साइड आयनों या पानी के अणुओं को ऑक्सीजन बनाने के लिए एनोड पर छुट्टी दे दी जाती है और ऑक्सीकरण किया जाता है। यह सकारात्मक एनोड प्रतिक्रिया एक इलेक्ट्रॉन हानि द्वारा ऑक्सीकरण इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया है।
हम पतला सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग क्यों करते हैं?
पानी में केवल हाइड्रोजन आयनों और हाइड्रॉक्साइड आयनों की मिनट सांद्रता होती है। यह विद्युत चालकता को सीमित करता है। पतला सल्फ्यूरिक एसिड से हाइड्रोजन आयनों और सल्फेट आयनों की उच्च सांद्रता इलेक्ट्रोलाइट की विद्युत चालकता में सुधार करती है। वैकल्पिक रूप से, आप क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट समाधान जैसे पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (KOH) या सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NAOH), और पानी का उपयोग कर सकते हैं। लवण या सल्फ्यूरिक एसिड के कई समाधानों का इलेक्ट्रोलिसिस नकारात्मक कैथोड पर हाइड्रोजन और सकारात्मक एनोड पर ऑक्सीजन का उत्पादन करता है। हाइड्रोक्लोरिक एसिड या क्लोराइड लवण का इलेक्ट्रोलिसिस एनोड पर क्लोरीन का उत्पादन करता है।
इलेक्ट्रोलाइज़र क्या है?
इलेक्ट्रोलाइज़र इलेक्ट्रोलिसिस नामक प्रक्रिया में पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अलग करने के लिए एक उपकरण है। इलेक्ट्रोलाइज़र हाइड्रोजन गैस और ऑक्सीजन गैस का उत्पादन करने के लिए बिजली का उपयोग करता है। हाइड्रोजन गैस को संपीड़ित 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 इलेक्ट्रोलाइज़र में एक कैथोड (नकारात्मक चार्ज) और एक एनोड (सकारात्मक चार्ज) और परिधीय घटक, जैसे पंप, वेंट, स्टोरेज टैंक, एक बिजली की आपूर्ति, एक विभाजक और अन्य घटक होते हैं। जल इलेक्ट्रोलिसिस एक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया है जो इलेक्ट्रोलाइज़र के भीतर होती है। एनोड और कैथोड एक प्रत्यक्ष धारा द्वारा संचालित होते हैं और पानी (H20) इसके घटकों हाइड्रोजन (H2) और ऑक्सीजन (O2) में विभाजित होता है।
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