Efektívna výroba vodíka s ultrazvukom

Vodík je alternatívne palivo, ktoré je vhodnejšie vzhľadom na jeho šetrnosť k životnému prostrediu a nulové emisie oxidu uhličitého. Konvenčná výroba vodíka však nie je efektívna pre úspornú masovú výrobu. Ultrazvukom podporovaná elektrolýza roztokov vody a alkalickej vody má za následok vyššie výnosy vodíka, reakčný pomer a rýchlosť konverzie. Ultrazvukom asistovaná elektrolýza robí výrobu vodíka úspornú a energeticky úspornú.
Ultrazvukom podporované elektrochemické reakcie, ako je elektrolýza a elektrokoagulácia ukazujú lepšiu rýchlosť reakcie, rýchlosť a výnosy.

Efektívna výroba vodíka so sonikáciou

Elektrolýza vody a vodných roztokov na účely výroby vodíka je sľubným procesom výroby čistej energie. Elektrolýza vody je elektrochemický proces, pri ktorom sa elektrina aplikuje na rozdelenie vody na dva plyny, a to vodík (H2) a kyslík (O2). Aby sa rozštiepilo H – O – H väzby elektrolýzou, elektrický prúd je spustený cez vodu.
Pre elektrolytickú reakciu sa aplikuje priama elektrická mena na iniciovanie inej nespontánnej reakcie. Elektrolýza dokáže generovať vodík vysokej čistoty jednoduchým, ekologickým, ekologickým a ekologickým procesom s nulovými emisiami CO2, keďže O2 je jediným vedľajším produktom.

Toto video ilustruje pozitívny vplyv ultrazvuku priamej elektródy na elektrický prúd. Používa ultrazvukový homogenizátor Hielscher UP100H (100 Watts, 30 kHz) s vylepšením elektrochémie a titánovou elektródou / sonotródou. Elektrolýza zriedenej kyseliny sírovej produkuje vodíkový plyn a kyslíkový plyn. Ultrazvukom znižuje hrúbku difúznej vrstvy na povrchu elektródy a zlepšuje prenos hmoty počas elektrolýzy.

Sono-Electro-Chemistry - ilustrácia vplyvu ultrazvuku na dávkovú elektrolýzu

Miniatúra videa

Žiadosť o informácie





Ultrazvuková elektrochemická syntéza je vysoko efektívna metóda výroby vodíka. Sono-elektrochemické ošetrenie podporuje štiepenie väzieb H - O - H elektrolýzou, elektrický prúd prechádza vodou.

2x ultrazvukové procesory modelu UIP200hdT so sondami, ktoré pôsobia ako elektródy, tj katóda a anóda. Ultrazvukové vibrácie a kavitácia podporujú elektrochemickú produkciu vodíka.

 
Pokiaľ ide o elektrolýzu vody, rozdelenie vody na kyslík a vodík sa dosiahne prechodom elektrického prúdu cez vodu.
V čistej vode na záporne nabitej katóde prebieha redukčná reakcia, pri ktorej sú elektróny (e−) z katódy darované vodíkovým katiónom tak, aby vznikol plynný vodík. Na kladne nabitej anóde prebieha oxidačná reakcia, ktorá vytvára plynný kyslík a zároveň dáva anóde elektróny. To znamená, že voda reaguje na anóde za vzniku kyslíka a kladne nabitých vodíkových iónov (protónov). Tým sa doplní nasledujúca rovnica energetickej bilancie:
 
2H+ aq) + 2e → H2 g) (redukcia katódy)
2H2O (l) → O2 g) + 4H+ (aq) + 4e (oxidácia na anóde)
Celková reakcia: 2H2O l) → 2H2 g) + O2 1 písm.
 
Na elektrolýzu sa často používa alkalická voda na výrobu vodíka. Alkalické soli sú rozpustné hydroxidy alkalických kovov a kovov alkalických zemín, z ktorých bežné príklady sú: hydroxid sodný (NaOH, tiež známy ako hydroxid sodný) a hydroxid draselný (KOH, tiež známy ako hydroxid draselný). Na eletkrolýzu sa používajú hlavne koncentrácie 20% až 40% žieraviny.

Sono-elektrochemická výroba vodíka na ultrazvukovej katóde.

Sono-elektrochemická výroba vodíka na ultrazvukovej katóde.

 

Toto video ilustruje pozitívny vplyv ultrazvuku priamej elektródy na elektrický prúd v nastavení elektrolyzéra H-Cell. Používa ultrazvukový homogenizátor Hielscher UP100H (100 Watts, 30 kHz) s vylepšením elektrochémie a titánovou elektródou / sonotródou. Elektrolýza zriedenej kyseliny sírovej produkuje vodíkový plyn a kyslíkový plyn. Ultrazvukom znižuje hrúbku difúznej vrstvy na povrchu elektródy a zlepšuje prenos hmoty počas elektrolýzy.

Sono-Electro-Chemistry - Ilustrácia vplyvu ultrazvuku na elektrolýzu H-článkov

Miniatúra videa

 

Ultrazvuková syntéza vodíka

Keď sa vodíkový plyn vyrába v elektrolytickej reakcii, vodík sa syntetizuje priamo v potenciáli rozkladu. Povrch elektród je oblasť, kde sa tvorba vodíka vyskytuje na molekulárnom javisku počas elektrochemickej reakcie. Molekuly vodíka nukleát na povrchu elektródy, takže následne vodíkový plyn bubliny sú prítomné okolo katódy. Použitie ultrazvukových elektród zlepšuje impedanciu aktivity a impedanciu koncentrácie a urýchľuje rast vodíkových bublín počas elektrolýzy vody. Niekoľko štúdií ukázalo, že ultrazvukový vodík výroba zvyšuje výnosy vodíka efektívne.

 
Výhody ultrazvukom na elektrolýzu vodíka

  • Vyššie výnosy vodíka
  • Zlepšená energetická účinnosť

ako ultrazvuk vedie k:

  • zvýšený prenos hmoty
  • Zrýchlené zníženie akumulovanej impedancie
  • Znížený pokles ohmic napätia
  • Znížená reakcia nadpotenciál
  • Znížený potenciál rozkladu
  • Odplynenie vody / vodný roztok
  • Čistenie elektródových katalyzátorov

 

Ultrazvukové účinky na elektrolýzu

Ultrasonically excited electrolysis is also known as sono-electrolysis. Various ultrasonic factors of sonomechanical and sonochemical nature influence and promote electrochemical reactions. These electrolysis-influencing factors are results of ultrasound-induced cavitation and vibration and include acoustic streaming, micro-turbulences, microjets, shock waves as well as sonochemical effects. Ultrasonic / acoustic cavitation occurs, when high-intensity ultrasound waves are coupled into liquid. The phenomenon of cavitation is characterized by the growth and collapse of so-called cavitation bubbles. The bubble implosion is marked by super-intense, locally occuring forces. These forces include intense local heating of up to 5000K, high pressures of up to 1000 atm, and enormous heating and cooling rates (>100k/sec) and they provoke a unique interaction between matter and energy. For instance, those cavitational forces impact hydrogen bondings in water and facilitate splitting of water clusters which subsequently results in a reduced energy consumption for the electrolysis.
 
Ultrazvukový vplyv na elektródy

  • Odstránenie usadenín z povrchu elektródy
  • Aktivácia povrchu elektródy
  • Preprava elektrolytov smerom k elektródám a mimo nich

 

Ultrazvukové čistenie a aktivácia povrchov elektród

Hromadný prenos je jedným z kľúčových faktorov ovplyvňujúcich rýchlosť reakcie, rýchlosť a výnos. Počas elektrolytických reakcií sa reakčný produkt, napr. Ultrazvukom podporované elektrolytické procesy ukazujú zvýšený prenos hmoty vo veľkom roztoku a v blízkosti povrchov. Ultrazvukové vibrácie a kavitácia odstraňuje pasivačné vrstvy z povrchov elektródy a udržuje ich tak trvalo plne účinné. Okrem toho je známe, že sonifikácia zvyšuje reakčné dráhy sonochemickými účinkami.

Pokles napätia v dolnej časti Ohmiemu, reakčný overpotential a potenciál rozkladu

Napätie potrebné na elektrolýzu je známe ako potenciál rozkladu. Ultrazvuk môže znížiť potrebný potenciál rozkladu v elektrolýzach.

Ultrazvukový elektrolýza bunky

Pre elektrolýzu vody, ultrazvukový príkon energie, elektródová medzera a koncentrácia elektrolytov sú kľúčovými faktormi, ktoré ovplyvňujú elektrolýzu vody a jej účinnosť.
Na alkalickú elektrolýzu sa používa elektrolýza s vodnou žieravou roztokom zvyčajne 20% – 40% KOH alebo NaOH. Elektrická energia sa aplikuje na dve elektródy.
Elektródové katalyzátory môžu byť použité na urýchlenie reakčnej rýchlosti. Napríklad Pt elektródy sú priaznivé, pretože reakcia sa vyskytuje ľahšie.
Vedecký výskum články správa 10%-25% úspory energie pomocou ultrazvukom-podporoval elektrolýzu vody.

Ultrazvukové elektrolyzéry na výrobu vodíka v pilotnom a priemyselnom meradle

Hielscher Ultrazvuk’ priemyselné ultrazvukové procesory sú postavené pre prevádzku 24/7/365 pri plnom zaťažení a v ťažkých procesoch.
Tým, že dodáva robustné ultrazvukové systémy, špeciálne navrhnuté sonotródy (sondy), ktoré fungujú ako elektróda a ultrazvukový vysielač vĺn v rovnakom čase, a elektrolýza reaktory, Hielscher Ultrazvukové zabezpečuje špecifické požiadavky na výrobu elektrolytického vodíka. Všetky digitálne priemyselné ultrazvukom série UIP (UIP500hdT (500 W), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1,5 kW), UIP2000hdT (2kW) a UIP4000hdT (4kW)) sú vysokovýkonné ultrazvukové jednotky pre aplikácie elektrolýzy.

Ultrazvuková sonda vysokovýkonného ultrasonicator UIP2000hdT funguje ako anóda. Vďaka aplikovanému ultrazvukovému poľu sa podporuje elektrolýza vodíka.

Ultrazvuková sonda UIP2000hdT funguje ako anóda. Aplikované ultrazvukové vlny zintenzívňujú elektrolytickú syntézu vodíka.

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
0.02 až 5L 0.05 až 1L/min. UIP500hdT
0.05 až 10L 0.1 až 2L/min. UIP1000hdT
0.07 až 15L 0.15 až 3L/min. UIP1500hdT
0.1 až 20L 02 až 4 l / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Použite nižšie uvedený formulár a požiadajte o ďalšie informácie o ultrazvukových elektródach a sono-elektrochemických systémoch, podrobnosti o aplikácii a cenách. Radi s vami prediskutujeme váš sono-elektrochemický proces a ponúkneme vám ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Ultrazvukové high-shear homogenizers sa používajú v laboratóriu, bench-top, pilotné a priemyselné spracovanie.

Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.



Fakty stojí za to vedieť

Čo je vodík?

Vodík je chemický prvok so symbolom H a atómovým číslom 1. Pri štandardnej atómovej hmotnosti 1,008 je vodík najľahším prvkom v periodickej tabuľke. Vodík je najhojnejšou chemickou látkou vo vesmíre, ktorá tvorí približne 75% všetkej baryónovej hmoty. H2 je plyn, ktorý sa tvorí, keď sa dva atómy vodíka spoja a stanú sa molekulou vodíka. H2 sa tiež nazýva molekulárny vodík a je diatomická, homonukleárna molekula. Skladá sa z dvoch protónov a dvoch elektrónov. S neutrálnym nábojom je molekulárny vodík stabilný, a tým aj najčastejšou formou vodíka.

Keď sa vodík vyrába v priemyselnom meradle, parou reformovaný zemný plyn je najpoužívanejšou formou výroby. Alternatívnou metódou je elektrolýza vody. Väčšina vodíka sa vyrába v blízkosti miesta jeho posledného použitia, napr. v blízkosti zariadení na spracovanie fosílnych palív (napr. hydrokrakovanie) a výrobcov hnojív na báze amoniaku.

Literatúra/referencie

Radi prediskutujeme váš proces.

Poďme sa skontaktovať.