ヒールシャー超音波技術

超音波による効率的な水素製造

水素は、その環境への配慮と二酸化炭素排出ゼロに好ましい代替燃料である。しかし、従来の水素発生は経済的な大量生産には有効ではない。超音波は、水とアルカリ水溶液の電気分解を促進し、より高い水素収率、反応速度および変換速度をもたらす。超音波アシスト電気分解は、水素の生産を経済的かつエネルギー効率の高い。
電気分解や電気凝固などの超音波促進電気化学反応は、反応速度、速度および収率の向上を示す。

超音波処理による効率的な水素生成

水素発生を目的とした水および水溶液の電気分解は、クリーンエネルギーの製造に有望なプロセスである。水の電気分解は電気化学プロセスで、電気を適用して水を2つのガス、すなわち水素(H)に分割します。2)と酸素(O2).Hを切断するために – ザ・ – H結合は電気分解により、水を通して電流が流れる。
電解反応では、直接電気通貨(DC)を適用して、他の非自発的反応を開始します。電気分解はゼロCOの簡単な、環境に優しい、緑のプロセスの高純度の水素を発生させることができる2 O として放出2 唯一の副産物です。

Ultrasonic electrolysis intensifies hydrogen production.

2x超音波プロセッサ UIP2000hdT プローブを使用すると、電極、すなわちカソードとアノードとして機能します。超音波分野は、水または水溶液からの水素の電解合成を強めます。

水の電気分解に関しては、水を通して電流を流すことで水を酸素と水素に分ける。
負に帯電したカソードの純水では、陰極からの電子(e-)を水素カチオンに寄贈して水素ガスが形成される還元反応が起こります。正に荷電した陽極では、酸化反応が起こり、酸素ガスが発生し、アノードに電子が与えます。これは、アノードで水が反応して酸素と正に荷電した水素イオン(プロトン)を形成することを意味する。それにより、エネルギーバランスの方程式が完成します。

2H+ (aq) + 2e → H2 (g)(陰極での還元)
2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e (陽極での酸化)
全体的な反応: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g)

多くの場合、水素を生成するために電気分解のためにアルカリ性水が使用されます。アルカリ塩はアルカリ金属およびアルカリ土類金属の水酸化溶性であり、その一般的な例は次のとおりです: 水酸化ナトリウム(NaOH、別名 “苛性ソーダ」)および水酸化カリウム(KOH、別名 “苛性カリ")。eletcrosisの場合、主に20%〜40%の苛性溶液の濃度が使用される。

The ultrasonic probe of the high-performance ultrasonicator UIP2000hdT functions as anode. Due to the ultrasonic field applied, the electrolysis of hydrogen is promoted.

の超音波プローブ UIP2000hdT はアノードとして機能します。応用超音波は、水素の電解合成を強化します。

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水素の超音波合成

水素ガスが電解反応で生成されると、水素は分解電位ですぐに合成されます。電極の表面は、電気化学反応の間に分子段階で水素形成が起こる領域です。この水素分子は電極表面に核を持ち、その後、カソードの周囲に水素ガスの気泡が存在するようになる。超音波電極を使用すると、活性インピーダンスと濃度インピーダンスを向上させ、水電解中に水素バブルの上昇を加速します。いくつかの研究は、超音波水素の生産が効率的に水素の収量を増加することを実証しました。

水素電解に対する超音波の利点

  • より高い水素収量
  • エネルギー効率の向上

超音波結果として:

  • 増加した質量移動
  • 蓄積されたインピーダンスの加速低減
  • 低速度の電圧降下
  • 反応の過大ポテンシャルの低減
  • 分解ポテンシャルの低減
  • 水/水溶液の脱気
  • 電極触媒の洗浄

電気分解に対する超音波効果

超音波励起電解は、ソノ電解としても知られています。ソノメカニカルおよびソノケミカルな性質の様々な超音波因子が影響を及ぼし、電気化学反応を促進します。これらの電解影響因子は、超音波によるキャビテーションおよび振動の結果であり、音響流れ、マイクロ乱流、マイクロジェット、衝撃波、ならびに音響化学的効果を含む。超音波/音響キャビテーションは、高強度の超音波が液体に結合されたときに発生します。キャビテーションの現象は、いわゆるキャビテーション気泡の成長と崩壊によって特徴付けられる。バブル爆発は、超強烈な、局所的に発生する力によってマークされています。これらの力は5000Kまでの激しい局所暖房、1000までのatmの高圧、および巨大な冷暖房率(>100k/秒)を含み、物質とエネルギー間の独特の相互作用を引き起こす。例えば、これらのキャビテーション力は水中の水素結合に影響を与え、水クラスターの分裂を促進し、その後、電気分解のためのエネルギー消費量を減少させる。

電極への超音波衝撃

  • 電極表面からの堆積物の除去
  • 電極表面の活性化
  • 電極に対する電解質の輸送と電極からの離れ

表面の洗浄と活性化

質量移動は、反応速度、速度、歩留りに影響を与える重要な要因の1つです。電解反応の間、反応生成物は、例えば沈殿し、電極表面上に直接蓄積し、電極への新鮮な溶液の電解変換を減速させる。超音波促進電解プロセスは、バルク溶液および表面近傍での質量移動の増加を示す。超音波振動とキャビテーションは、電極表面からパッシベーション層を除去し、それによって永久に完全に効率的に保ちます。さらに、ソニフィケーションは、ソノケミカル効果によって反応経路を増強することが知られている。

低いオーミック電圧降下、反応過電位、分解電位

電解に必要な電圧は分解電位と呼ばれます。超音波は、電気分解プロセスで必要な分解電位を下げることができます。

超音波電解セル

水電解の場合、超音波エネルギー入力、電極ギャップ、電解質濃度は、水の電解とその効率に影響を与える重要な要因です。
アルカリ性電気分解では、通常20%~40%のKOHまたはNaOHの水性苛溶液を有する電解セルが使用されます。電気エネルギーは2つの電極に適用される。
電極触媒は、反応速度を加速するために使用することができる。例えば、反応がより容易に起こるので、Pt電極は好ましい。
科学研究記事は、超音波で促進された水の電気分解を使用して10%-25%の省エネを報告しています。

パイロットおよび工業規模での水素製造のための超音波電解装置

ヒールシャー超音波’ 産業用超音波プロセッサは、全負荷下で、頑丈なプロセスで24/7/365動作のために構築されています。
堅牢な超音波システム、電極と超音波送信機として機能する特別に設計されたソノトロード(プローブ)、および電気分解反応器を供給することにより、ヒールシャー超音波は、電解水素製造のための特定の要件を満たす。UIPシリーズのすべてのデジタル産業用超音波処理器(UIP500hdT (500ワット) UIP1000hdT (1kW) UIP1500hdT (1.5kW) UIP2000hdT (2kW)、および UIP4000hdT (4kW)))は、電気分解用途向けの高性能超音波ユニットです。
下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます:

バッチ容量 流量 推奨デバイス
0.02~5L 00.05から1L/分 UIP500hdT
00.05~10L 0.1 から 2L/分 UIP1000hdT
0.07~15L 0.15~3L/分 UIP1500hdT
00.1 20Lへ 04L /分の0.2 UIP2000hdT
100Lへ10 10L /分で2 UIP4000hdT

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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

ヒールシャー超音波は、ラボ、パイロット、工業規模でアプリケーション、分散、乳化および抽出を混合するための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。

文献 / 参考文献



知る価値のある事実

水素とは何ですか?

水素は、Hと原子番号が1のシンボルを持つ化学元素です。標準原子重量が1.008の水素は周期表の中で最も軽い元素です。水素は宇宙で最も豊富な化学物質であり、全ばくばるばる質量の約75%を占めています。H2 は、2つの水素原子が結合して水素分子となると形成されるガスです。H2 分子水素とも呼ばれ、二原子、同核分子です。それは2つの陽子と2つの電子から成っている。中性電荷を有する、分子水素は安定であり、それによって最も一般的な水素形態である。

水素を工業規模で生産する場合、天然ガスの蒸気改化が最も広く使用されている生産形態です。別の方法は、水の電気分解です。ほとんどの水素は、後者の使用部位の近くで生産され、例えば、化石燃料処理施設(例えば、ハイドロクラッキング)およびアンモニア系肥料生産者の近くである。