Sonoelectrolytic hidrogéntermelés hígított kénsavból
A hígított kénsav elektrolízise hidrogéngázt és oxigéngázt termel. Hozzákeverésével csökkenti a diffúziós réteg vastagsága az elektróda felületén, és javítja a tömegátvitel során elektrolízis. Hozzákeverésével növelheti a hidrogén gáz termelési arány az elektrolitikus sejt, jelentősen.
Az alábbiakban két kísérleti beállítást írunk le szénanóddal és titán katóddal. Annak bizonyítására, a pozitív hatása hozzákeverésével az elektrolízis, a titán katód egy sonoelectrode. Ez hozzáadja ultrahangos rezgések és kavitáció az elektrolitikus termelés a hidrogén és az oxigén hígított kénsav. A kombináció az ultrahangos elektromosság használják sonoelectrochemistry, sonoelectrolysis és sonoelectrosynthesis.
A Hielscher ultrahangos homogenizátor UP100H (100 watt, 30kHz) fel van szerelve egy sonoelectrochemical frissítéssel. Ez lehetővé teszi a sonotrode katódként vagy anódként való használatát egy elektrolitikus folyamatban. Ipari sonoelectrolytic beállítások, kérjük, kattintson ide!
Sonoelectric katód UP100H ultrahangos processzoron
Sonoelectrolysis beállítás 1 – H-típusú osztatlan cella
A beállítás hígított kénsavat (H2SO4, 1.0M) használ. Egy H-típusú osztatlan sejt tele van elektrolittal. Ezt a cellát Hofmann Volteternek ismerik. Három álló üveghengere van. A belső henger felül nyitva van, hogy elektrolittal töltődj. A szelepek kinyitása a külső csövek tetején lehetővé teszi, hogy bármilyen gáz kiszökjön a töltés során. Az elektrolitikus cellában az elektródákat gumigyűrűk zárják le, és fejjel lefelé merítjük a savanyított víz oldatába. A pozitív anód elektróda szénből (8mm) készül. A negatív katód egy titán ultrahangos sonoelectrode (10mm, speciális nagy felületű összehegeszthetősége, Hielscher UP100H, 100 watt, 30kHz). A titán-sonoelektrod és a szénelektróda inert. Az elektrolízisre csak akkor kerül sor, ha az elektromosság áthalad a hígított kénsavoldaton. Ezért a szén anód és a titán katód csatlakozik egy állandó feszültség tápegység (egyenáram).
A hígított kénsav elektrolízisében keletkező hidrogéngázt és oxigéngázt az egyes elektródák feletti fokozatos külső csövekben gyűjtik össze. A gáztérfogat kiszorítja az elektrolitot a külső csövekben, és a kiegészítő gáz térfogata mérhető. A gáztérfogat elméleti aránya 2:1. Az elektrolízis során csak a vizet távolítják el az elektrolitból hidrogéngázként és oxigéngázként. Ezért a hígított kénsav koncentrációja enyhén emelkedik az elektrolízis során.
Az alábbi videó mutatja a sonoelectrolysis hígított kénsav segítségével pulzáló ultrahangos (100% amplitúdó, ciklus mód, 0,2 másodperc, 0,8 másodperc ki). Mindkét vizsgálatot 2,1V-on (DC, állandó feszültség) végeztek.
Sonoelectrolysis beállítás 2 – Egyszerű köteg
Az üvegedényt hígított kénsav (H2SO4, 1.0M) elektrolittal töltik fel. Ebben az egyszerű elektrolitikus cellában az elektródákat a savanyított víz oldatába merítik. A pozitív anód elektróda szénből (8mm) készül. A negatív katód egy titán ultrahangos sonoelectrode (10mm, MS10, Hielscher UP100H, 100 watt, 30kHz). Az elektrolízisre csak akkor kerül sor, ha az elektromosság áthalad a hígított kénsavoldaton. Ezért a szén anód és a titán katód csatlakozik egy állandó feszültség tápegység (egyenáram). A titán elektróda és a szénelektróda inert. A hígított kénsav elektrolízisében keletkező hidrogéngázt és oxigéngázt ebben a beállításban nem gyűjtik össze. Az alábbi videó azt mutatja, ez a nagyon egyszerű beállítás működik.
Mi történik az elektrolízis során?
A hidrogénionok vonzódnak a negatív katódhoz. Ott a hidrogénion- vagy vízmolekulák elektronnyereség által hidrogéngázmolekulákra redukálódnak. Ennek eredményeként hidrogéngáz molekulák bocsátanak ki hidrogéngázként. Számos reaktív fémsó vagy savas oldat elektrolízise hidrogént termel a negatív katód elektródában.
A negatív szulfátionok vagy a hidroxidionok nyomai vonzódnak a pozitív anódhoz. Maga a szulfátion túl stabil, így semmi sem történik. Hidroxid ionok vagy vízmolekulák kisülése és oxidált az anód alkotnak oxigént. Ez a pozitív anód reakció egy oxidációs elektróda reakció egy elektron veszteség.
Miért használunk hígított kénsavat?
A víz csak a hidrogénionok és a hidroxidionok perckoncentrációját tartalmazza. Ez korlátozza az elektromos vezetőképességet. A hígított kénsavból származó hidrogénionok és szulfátionok magas koncentrációja javítja az elektrolit elektromos vezetőképességét. Alternatív megoldásként lúgos elektrolit oldatot, például kálium-hidroxidot (KOH) vagy nátrium-hidroxidot (NAOH) és vizet is használhat. A sók vagy kénsav számos oldatának elektrolízise hidrogént termel a negatív katódnál és oxigénnél a pozitív anódnál. A sósav vagy kloridsók elektrolízise klórt termel az anódnál.
Mi az az elektrolizáló?
Az elektrolizáló egy olyan eszköz, amely a vizet hidrogénre és oxigénre választja az elektrolízis néven ismert folyamat során. Az elektrolizer villamos energiát használ hidrogéngáz és oxigéngáz előállítására. A hidrogéngáz sűrített vagy cseppfolyósított gázként tárolható. A hidrogén olyan energiahordozó, amely autókban, vonatokban, buszokban vagy teherautókban hidrogén üzemanyagcellában használható.
Az alapvető elektrolizátor katódot (negatív töltést) és anódot (pozitív töltést) és perifériás alkatrészeket tartalmaz, például szivattyúkat, szellőzőnyílásokat, tárolótartályokat, tápegységet, szeparátort és egyéb alkatrészeket. A vízelektrolízis egy elektrokémiai reakció, amely az elektrolizán belül jelentkezik. Az anódot és a katódot egy egyenáram hajtja, és a víz (H20) hidrogén (H2) és oxigén (O2) összetevőire oszlik.
Irodalom / Referenciák
- 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.