Hydրածնի արդյունավետ արտադրություն ուլտրաձայնային միջոցներով

Hydրածինը այլընտրանքային վառելիք է, որը նախընտրելի է `իր բնապահպանական և ածխաթթու գազի զրոյական արտանետումների շնորհիվ: Այնուամենայնիվ, սովորական ջրածնի առաջացումը արդյունավետ չէ զանգվածային տնտեսական արտադրության համար: Ultրի և ալկալային ջրային լուծույթների ուլտրաձայնային խթանմամբ էլեկտրոլիզը հանգեցնում է ջրածնի բարձր բերքատվության, ռեակցիայի արագության և փոխարկման արագության: Ուլտրաձայնային օգնությամբ էլեկտրոլիզը ջրածնի արտադրությունը դարձնում է տնտեսական և էներգաարդյունավետ:
Ուլտրաձայնային խթանված էլեկտրաքիմիական ռեակցիաները, ինչպիսիք են էլեկտրոլիզը և էլեկտրոկոագուլյացիան, ցույց են տալիս բարելավված ռեակցիայի արագությունը, արագությունը և բերքատվությունը:

Արդյունավետ ջրածնի առաջացում մթնոլորտային լուծմամբ

Electրածնի առաջացման նպատակով ջրի և ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզացումը հեռանկարային գործընթաց է մաքուր էներգիայի արտադրության համար: Րի էլեկտրոլիզը էլեկտրաքիմիական գործընթաց է, երբ էլեկտրականությունը կիրառվում է ջուրը երկու գազի բաժանելու համար, այն է `ջրածնի (H<sub>2</sub>) և թթվածին (O<sub>2</sub>) Որպեսզի ճեղքել Հ – The – H- ն կապվում է էլեկտրոլիզի միջոցով, էլեկտրական հոսանքն անցնում է ջրի միջով:
Էլեկտրոլիտային ռեակցիայի համար կիրառվում է ուղղակի էլեկտրական արժույթ (DC) `այլ իմաստուն ոչ ինքնաբուխ ռեակցիա սկսելու համար: Էլեկտրոլիզը կարող է առաջացնել բարձր մաքրության ջրածին պարզ, էկոլոգիապես մաքուր, կանաչ գործընթացում `զրոյական CO- ով₂ արտանետում, ինչպես O₂ միակ ենթամթերքն է:

2x ուլտրաձայնային պրոցեսորներ UIP2000hdT զոնդերով, որոնք հանդես են գալիս որպես էլեկտրոդներ, այսինքն ՝ կաթոդ և անոդ: Ուլտրաձայնային դաշտը ուժեղացնում է ջրից կամ ջրային լուծույթներից ջրածնի էլեկտրոլիտային սինթեզը:

Theրի էլեկտրոլիզի հետ կապված ՝ ջրի պառակտումը թթվածնի և ջրածնի մեջ է հասնում ջրի մեջ էլեկտրական հոսանք անցնելու միջոցով:
Բացասական լիցքավորված կաթոդում գտնվող մաքուր ջրի մեջ տեղի է ունենում նվազեցման ռեակցիա, երբ կաթոդից էլեկտրոնները (e−) նվիրվում են ջրածնի կատիոններին, որպեսզի ջրածնի գազ ստեղծվի: Դրական լիցքավորված անոդում տեղի է ունենում օքսիդացման ռեակցիա, որը առաջացնում է թթվածնի գազ, իսկ անոդին էլեկտրոններ է տալիս: Սա նշանակում է, որ ջուրը անոդում արձագանքում է թթվածնի և դրական լիցքավորված ջրածնի իոնների (պրոտոնների) ձևավորմանը: Դրանով լրացվում է էներգիայի հաշվեկշռի հետևյալ հավասարումը.

2 Հ⁺ (aq) + 2e^– Հ₂ (է) (կաթոդում կրճատում)
2 Հ₂O (l) → O2 (g) + 4H⁺ (aq) + 4e^– (օքսիդացում անոդում)
Ընդհանուր արձագանքը. 2H₂O (l) 2H₂ (է) + Օ₂ (է)

Հաճախ ջրածին արտադրելու համար էլեկտրոլիզի համար օգտագործվում է ալկալային ջուր: Ալկալի աղերը ալկալային մետաղների և ալկալային հողերի մետաղների լուծելի հիդրօքսիդներ են, որոնցից սովորական օրինակներ են `նատրիումի հիդրօքսիդ (NaOH, որը հայտնի է նաև որպես “կծու սոդա ») և կալիումի հիդրօքսիդ (KOH, որը հայտնի է նաև որպես “կծու պոտաշ »): Էլեկտրոլիզի համար հիմնականում օգտագործվում են 20% -ից 40% կծու լուծույթի կոնցենտրացիաներ:

Hydրածնի ուլտրաձայնային սինթեզ

Երբ ջրածնի գազը արտադրվում է էլեկտրոլիտային ռեակցիայի մեջ, ջրածինը սինթեզվում է հենց քայքայման ներուժի պայմաններում: Էլեկտրոդների մակերեսը տարածքն է, որտեղ ջրածնի առաջացումը տեղի է ունենում մոլեկուլային փուլում էլեկտրաքիմիական ռեակցիայի ընթացքում: Hydրածնի մոլեկուլները միջուկում են էլեկտրոդի մակերևույթին, այնպես որ ջրածնի գազի փուչիկները կաթոդի շուրջն առկա են: Ուլտրաձայնային էլեկտրոդների օգտագործումը բարելավում է գործունեության իմպեդանսները և համակենտրոնացման impedance- ը և արագացնում ջրածնի փուչիկների բարձրացումը ջրի էլեկտրոլիզի ընթացքում: Մի քանի ուսումնասիրություններ ցույց տվեցին, որ ուլտրաձայնային ջրածնի արտադրությունը արդյունավետորեն մեծացնում է ջրածնի բերքը:

Ուլտրաձայնային ազդեցությունները էլեկտրոլիզի վրա

Ուլտրաձայնային հուզված էլեկտրոլիզը հայտնի է նաև որպես սոնոէլեկտրոլիզ: Սոնոմեխանիկական և սոնաքիմիական բնույթի տարբեր ուլտրաձայնային գործոններ ազդում և խթանում են էլեկտրաքիմիական ռեակցիաները: Էլեկտրոլիզի վրա ազդող այս գործոնները ուլտրաձայնային ազդեցության արդյունքում առաջացած խոռոչի և թրթռանքի արդյունքներ են և ներառում են ձայնային հոսք, միկրո-տուրբուլենտներ, միկրոձևեր, ցնցող ալիքներ, ինչպես նաև սոնաքիմիական էֆեկտներ: Ուլտրաձայնային / ձայնային խոռոչը տեղի է ունենում, երբ բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքները զուգակցվում են հեղուկի հետ: Կավիտացիայի երեւույթը բնութագրվում է այսպես կոչված խոռոչի փուչիկների աճով և փլուզումով: Պղպջակների պայթյունը նշանավորվում է գերտենսիվ, տեղական ուժերով: Այս ուժերը ներառում են ինտենսիվ տեղական ջեռուցում մինչև 5000 Կ, բարձր ճնշում մինչև 1000 մթնոլորտ, և հսկայական ջեռուցման և հովացման տեմպեր (> 100 կ / վ) և դրանք հրահրում են յուրահատուկ փոխազդեցություն նյութի և էներգիայի միջև: Օրինակ, այդ խոռոչային ուժերը ջրի մեջ ազդում են ջրածնի կապերի վրա և նպաստում ջրի կլաստերի պառակտմանը, ինչը հետագայում հանգեցնում է էլեկտրոլիզի էներգիայի սպառման նվազեցման:

Ուլտրաձայնային ազդեցությունը էլեկտրոդների վրա

• Էլեկտրոդի մակերեսից ավանդների հեռացում
• Էլեկտրոդի մակերեսի ակտիվացում
• Էլեկտրոլիտների էլեկտրոդների տեղափոխում դեպի էլեկտրոդներ

Մակերեսների մաքրում և ակտիվացում

Massանգվածի տեղափոխումը կարևոր գործոններից մեկն է, որն ազդում է ռեակցիայի արագության, արագության և բերքի վրա: Էլեկտրոլիտային ռեակցիաների ընթացքում արձագանքման արտադրանքը, օրինակ `նստվածքները, կուտակվում են ինչպես էլեկտրոդի մակերեսների վրա, այնպես էլ դանդաղեցնում են թարմ լուծույթի էլեկտրոլիտային վերափոխումը էլեկտրոդի: Ուլտրաձայնային խթանված էլեկտրոլիտային պրոցեսները ցույց են տալիս զանգվածի փոխանցման ավելացում զանգվածային լուծույթում և մակերեսների մոտ: Ուլտրաձայնային թրթռումը և խոռոչը հեռացնում են պասիվացման շերտերը էլեկտրոդի մակերևույթներից և դրանք մշտապես լիարժեք արդյունավետ պահում: Ավելին, հայտնի է, որ sonification- ը ուժեղացնում է արձագանքման ուղիները սոնաքիմիական ազդեցությամբ:

Ստորին օհմիկական լարման անկում, ռեակցիայի գերուժանություն և քայքայման ներուժ

Էլեկտրոլիզի առաջացման համար անհրաժեշտ լարումը հայտնի է որպես քայքայման ներուժ: Ուլտրաձայնային հետազոտությունը կարող է իջեցնել տարրալուծման անհրաժեշտ ներուժը էլեկտրոլիզացման գործընթացներում:

Ուլտրաձայնային էլեկտրոլիզի բջիջ

Electրի էլեկտրոլիզի համար ուլտրաձայնային էներգիայի ներմուծումը, էլեկտրոդի բացը և էլեկտրոլիտի կոնցենտրացիան հիմնական գործոններն են, որոնք ազդում են ջրի էլեկտրոլիզի և դրա արդյունավետության վրա:
Ալկալային էլեկտրոլիզի համար օգտագործվում է էլեկտրոլիզի բջիջ, սովորաբար 20% –40% KOH կամ NaOH ջրային կծու լուծույթով: Էլեկտրական էներգիան կիրառվում է երկու էլեկտրոդների վրա:
Ռեակցիայի արագությունը արագացնելու համար կարող են օգտագործվել էլեկտրոդային կատալիզատորներ: Օրինակ, Pt էլեկտրոդները բարենպաստ են, քանի որ ռեակցիան ավելի հեշտ է տեղի ունենում:
Գիտական հետազոտությունների հոդվածները հաղորդում են 10% -25% էներգախնայողություն `օգտագործելով ջրի ուլտրաձայնային խթանմամբ էլեկտրոլիզը:

Ultրածնի արտադրության ուլտրաձայնային էլեկտրոլիզատորներ օդաչուի և արդյունաբերական մասշտաբով

Hielscher Ultrasonics- ը’ արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կառուցված են 24/7/365 շահագործման համար `լիարժեք բեռի և ծանր աշխատանքների գործընթացներում:
Հզոր ուլտրաձայնային համակարգերի, հատուկ նախագծված սոնոտրոդների (զոնդեր) մատակարարմամբ, որոնք միաժամանակ գործում են որպես էլեկտրոդ և ուլտրաձայնային ալիքի հաղորդիչ և էլեկտրոլիզի ռեակտորներ, Hielscher Ultrasonics- ը բավարարում է էլեկտրոլիտային ջրածնի արտադրության հատուկ պահանջները: UIP շարքի բոլոր թվային արդյունաբերական ուլտրաձայնիչները (UIP500hdT (500 վտ), UIP1000hdT (1 կՎտ), UIP1500hdT (1.5 կՎտ), UIP2000hdT (2 կՎտ), և UIP4000hdT (4kW)) էլեկտրոլիզի կիրառման համար բարձրակարգ ուլտրաձայնային ագրեգատներ են:
Ստորեւ ներկայացված աղյուսակը ձեզ ցույց է տալիս մեր ultrasonicators- ի մոտավոր մշակման հզորությունը: