Эффективное производство водорода с помощью ультразвука
Ультрасонически способствовали электрохимических реакций, таких как электролиз и электрокоагуляция показывают улучшенную скорость реакции, скорость и урожайность.
Эффективное поколение водорода с Sonication
Электролиз воды и водные растворы для производства водорода является перспективным процессом производства чистой энергии. Электролиз воды является электрохимическим процессом, в котором электричество применяется для разделения воды на два газа, а именно водород (H2) и кислорода (O2). Для того, чтобы расщепить H – О – H связей электролиза, электрический ток проходит через воду.
Для электролитной реакции применяется прямая электрическая валюта (DC), чтобы инициировать непроизвольную реакцию. Электролиз может генерировать водород высокой чистоты в простом, экологически чистый, зеленый процесс с нулевым CO2 выбросов как O2 является единственным по-продуктом.
2x ультразвуковые процессоры UIP2000hdT с зондами, которые действуют как электроды, т.е. катод и анод. Ультразвуковое поле усиливает электролитический синтез водорода из воды или водных растворов.
Что касается электролиза воды, расщепление воды на кислород и водород достигается путем прохождения электрического тока через воду.
В чистой воде при отрицательно заряженной катоде происходит снижение реакции, при которой электроны (е)) из катода подаются на водородные катионы так, чтобы водородный газ образуется. При положительно заряженном аноде происходит окисительная реакция, которая генерирует кислородный газ, давая электроны аноду. Это означает, что вода реагирует на анод, чтобы сформировать кислород и положительно заряженных ионов водорода (протонов). Таким образом, завершено следующее уравнение энергетического баланса:
2Ч+ (aq) 2e– → H2 g) (сокращение в катоде)
2Ч2O (l) → O2 (г)+ (aq) No 4e– (окисление анода)
Общая реакция: 2H2O (l) → 2H2 (g) - O2 (g)
Часто щелочная вода используется для электролиза для производства водорода. Алкали соли растворимые гидроксиды щелочных металлов и щелочных металлов земли, из которых общие примеры: гидроксид натрия (NaOH, также известный как “каустической соды") и гидроксида калия (KOH, также известного как “едкий калий"). Для елеткролиза используются в основном концентрации от 20% до 40% екотического раствора.
Ультразвуковой зонд UIP2000hdT функции анода. Применяемые ультразвуковые волны усиливают электролитический синтез водорода.
Ультразвуковой синтез водорода
Когда водородный газ вырабатывается в электролитической реакции, водород синтезируется прямо при потенциале разложения. Поверхность электродов – это область, где образование водорода происходит на молекулярной стадии во время электрохимической реакции. Молекулы водорода нуклеат на поверхности электрода, так что впоследствии пузырьки водородного газа присутствуют вокруг катода. Использование ультразвуковых электродов улучшает активность и температуру и ускоряет рост пузырьков водорода во время электролиза воды. Несколько исследований показали, что ультразвуковое производство водорода повышает урожайность водорода эффективно.
- Более высокие урожаи водорода
- Повышение энергоэффективности
как УЗИ приводит к:
- увеличение массы передачи
- Ускоренное снижение накопленного неуступления
- Снижение падения ohmic напряжения
- Снижение чрезмерной реакции
- Снижение потенциала разложения
- Дегазирование воды / водный раствор
- Очистка электродных катализаторов
Ультразвуковое воздействие на электролиз
Ультрасонически возбужденный электролиз также известен как соно-электролиз. Различные ультразвуковые факторы сономеханической и сонохимической природы влияют и способствуют электрохимическим реакциям. Эти электролиз-влияющие факторы являются результатом ультразвуковой кавитации и вибрации и включают в себя акустические потоки, микро-турбулентности, микрореактивы, ударные волны, а также сонохимические эффекты. Ультразвуковая / акустическая кавитация происходит, когда высокоинтенсивные ультразвуковые волны соединены в жидкость. Явление кавитации характеризуется ростом и коллапсом так называемых пузырьков кавитации. Пузырь взрыва отмечен супер-интенсивных, локально происходящих сил. Эти силы включают интенсивное локальное нагревание до 5000K, высокое давление до 1000 300 м, и огромные темпы нагрева и охлаждения (>100k/sec), и они провоцируют уникальное взаимодействие между материей и энергией. Например, эти кавитации силы eimpact водородных связей в воде и способствовать расщеплению водных кластеров, что впоследствии приводит к снижению потребления энергии для электролиза.
Ультразвуковое воздействие на электроды
- Удаление отложений с поверхности электрода
- Активация поверхности электрода
- Транспортировка электролитов в сторону и от электродов
Очистка и активация поверхностей
Массовый трансфер является одним из важнейших факторов, влияющих на скорость реакции, скорость и урожайность. Во время электролитических реакций реакционный продукт, например, осаждает, накапливается как вокруг, так и непосредственно на поверхностях электродов и замедляет электролитическое преобразование свежего раствора в электрод. Ультрасонически продвигаемые электролитические процессы показывают повышенную передачу массы в объемном растворе и вблизи поверхностей. Ультразвуковая вибрация и кавитация удаляют слои пассивации с поверхностей электродов и держат их таким образом постоянно полностью эффективными. Кроме того, сонификация, как известно, усиливает реакционной реакции путем сонохимических эффектов.
Нижняя ohmic падение напряжения, реакция overpotential, и потенциал разложения
Напряжение, необходимое для возникновения электролиза, известно как потенциал разложения. Ультразвук может снизить необходимый потенциал разложения в процессах электролиза.
Ультразвуковая клетка электролиза
Для водяного электролиза ультразвуковые энергетические ресурсы, электродный зазор и концентрация электролитов являются ключевыми факторами, влияющими на водный электролиз и его эффективность.
Для щелочного электролиза используется электролизная клетка с едким едким раствором обычно 20%-40% KOH или NaOH. Электрическая энергия применяется к двум электродам.
Электродные катализаторы могут быть использованы для ускорения скорости реакции. Например, pt электроды являются благоприятными, как реакция происходит легче.
Научно-исследовательские статьи сообщают о 10%-25% энергосбережения с использованием ультрасонически-пропагандируемого электролиза воды.
Ультразвуковые электролизы для производства водорода в пилотном и промышленном масштабе
Hielscher Ультразвук’ промышленные ультразвуковые процессоры построены для работы 24/7/365 при полной нагрузке и в тяжелых процессах.
Поставляя надежные ультразвуковые системы, специальные разработанные сонотроды (зонды), которые одновременно функционируют как электрод и ультразвуковой волновой передатчик, и электролизные реакторы, Hielscher Ultrasonics удовлетворяет специфическим требованиям к производству электролитического водорода. Все цифровые промышленные ультразвуковые устройства серии UIP (UIP500hdT (500 Вт), UIP1000hdT (1 кВт), UIP1500hdT (1,5 кВт), UIP2000hdT (2 кВт), и UIP4000hdT (4 кВт)) — высокая производительность ультразвуковых агрегатов для применения электролиза.
В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Скорость потока | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| 0от 0,02 до 5L | 0От 0,05 до 1л/мин | UIP500hdT |
| 0от 0,05 до 10L | 0От 0,1 до 2л/мин | UIP1000hdT |
| 0от 0,07 до 15L | 0от 0,15 до 3л/мин | UIP1500hdT |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4L / мин | UIP2000hdT |
| От 10 до 100 литров | От 2 до 10 л / мин | UIP4000hdT |
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов для смешивания приложений, дисперсии, эмульгации и экстракции в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах.
Литература / Ссылки
- Islam Md H., Burheim Odne S., Pollet Bruno G. (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry 51, 2019. 533–555.
- Cherepanov, Pavel; Melnyk, Inga; Skorb, Ekaterina V.; Fratzl, P.; Zolotoyabko, E.; Dubrovinskaia, Natalia; Dubrovinsky, Leonid Avadhut, Yamini S.; Senker, Jürgen; Leppert, Linn; Kümmel, Stephan; Andreeva, Daria V. (2015): The use of ultrasonic cavitation for near-surface structuring of robust and low-cost AlNi catalysts for hydrogen production. Green Chemistry Issue 5, 2015. 745-2749.
- Sherif S. Rashwan; Ibrahim Dincer; Atef Mohan; Bruno G. Pollet (2015): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy 44, 2019. 14500-14526.
Полезные сведения
Что такое водород?
Водород является химическим элементом с символом H и атомным номером 1. При стандартном атомном весе 1.008 водород является самым легким элементом в периодической таблице. Водород является наиболее распространенным химическим веществом во Вселенной, составляющим примерно 75% всей барионной массы. H2 это газ, который образуется, когда два атома водорода связаны друг с другом и становятся молекулой водорода. H2 также называется молекулярным водородом и является диатомической, гомоядерной молекулой. Состоит из двух протонов и двух электронов. Имея нейтральный заряд, молекулярный водород стабилен и, таким образом, является наиболее распространенной формой водорода.
Когда водород производится в промышленных масштабах, пар реформирования природного газа является наиболее широко используемой формой производства. Альтернативным методом является электролиз воды. Большая часть водорода производится вблизи места его последнего использования, например, вблизи объектов по переработке ископаемого топлива (например, гидрокрекинг) и производителей удобрений на основе аммиака.