Ultrasonik bilan samarali vodorod ishlab chiqarish
Vodorod muqobil yoqilg'i bo'lib, uning ekologik tozaligi va nol karbonat angidrid emissiyasi tufayli afzalroqdir. Biroq, an'anaviy vodorod ishlab chiqarish iqtisodiy ommaviy ishlab chiqarish uchun samarali emas. Suv va gidroksidi suv eritmalarining ultratovushli elektrolizi yuqori vodorod hosildorligiga, reaktsiya tezligiga va konversiya tezligiga olib keladi. Ultrasonik yordam elektroliz vodorod ishlab chiqarishni tejamkor va energiya tejamkor qiladi.
Elektroliz va elektrokoagulyatsiya kabi ultratovushli elektrokimyoviy reaktsiyalar yaxshilangan reaktsiya tezligi, tezligi va rentabelligini ko'rsatadi.
Sonication bilan samarali vodorod ishlab chiqarish
Vodorod hosil qilish maqsadida suv va suvli eritmalarni elektroliz qilish toza energiya ishlab chiqarishning istiqbolli jarayonidir. Suvni elektroliz qilish elektrokimyoviy jarayon bo'lib, suvni ikki gazga, ya'ni vodorod (H2) va kislorod (O2) ga bo'lish uchun elektr energiyasi qo'llaniladi. H ni ajratish uchun – O – H elektroliz orqali bog'lanadi, suv orqali elektr toki o'tadi.
Elektrolitik reaksiya uchun boshqa o'z-o'zidan bo'lmagan reaktsiyani boshlash uchun to'g'ridan-to'g'ri elektr valyutasi qo'llaniladi. Elektroliz oddiy, ekologik toza, yashil jarayonda yuqori tozalikdagi vodorodni hosil qilishi mumkin, chunki CO2 emissiyasi nolga teng, chunki O2 yagona qo'shimcha mahsulotdir.

UIP200hdT modelining 2x ultratovushli protsessorlari, zondlar bilan, elektrodlar, ya'ni katod va anod vazifasini bajaradi. Ultratovush tebranishi va kavitatsiyasi elektrokimyoviy vodorod ishlab chiqarishga yordam beradi.
Suvning elektroliziga kelsak, suvning kislorod va vodorodga bo'linishi suv orqali elektr tokini o'tkazish orqali amalga oshiriladi.
Manfiy zaryadlangan katoddagi toza suvda, vodorod gazi hosil bo'lishi uchun katoddan elektronlar (e-) vodorod kationlariga beriladigan qaytarilish reaktsiyasi sodir bo'ladi. Musbat zaryadlangan anodda oksidlanish reaktsiyasi sodir bo'lib, anodga elektronlar berib, kislorod gazini hosil qiladi. Bu shuni anglatadiki, suv anodda kislorod va musbat zaryadlangan vodorod ionlarini (protonlar) hosil qilish uchun reaksiyaga kirishadi. Shunday qilib, energiya balansining quyidagi tenglamasi to'ldiriladi:
2H+ (aq) + 2e– → H2 (g) (katoddagi pasayish)
2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e– (anodda oksidlanish)
Umumiy reaktsiya: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g)
Ko'pincha vodorod ishlab chiqarish uchun elektroliz uchun gidroksidi suv ishlatiladi. Ishqor tuzlari ishqoriy metallar va gidroksidi tuproq metallarining eruvchan gidroksidlari bo'lib, ulardan keng tarqalgan misollar: natriy gidroksid (NaOH, shuningdek, o'yuvchi soda sifatida ham tanilgan) va kaliy gidroksid (KOH, shuningdek, o'yuvchi kaliy sifatida ham tanilgan). Elektroliz uchun asosan 20% dan 40% gacha bo'lgan gidroksidi eritma konsentratsiyasi ishlatiladi.
Vodorodning ultratovushli sintezi
Elektrolitik reaktsiyada vodorod gazi hosil bo'lganda, vodorod parchalanish potentsialida sintezlanadi. Elektrodlar yuzasi - bu elektrokimyoviy reaksiya jarayonida molekulyar bosqichda vodorod hosil bo'ladigan maydon. Vodorod molekulalari elektrod yuzasida yadro hosil qiladi, shuning uchun katod atrofida vodorod gaz pufakchalari paydo bo'ladi. Ultrasonik elektrodlardan foydalanish faollik empedansini va kontsentratsiya empedansini yaxshilaydi va suv elektrolizi paytida vodorod pufakchalarining ko'tarilishini tezlashtiradi. Bir qator tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ultratovushli vodorod ishlab chiqarish vodorod hosildorligini samarali oshiradi.
Vodorod elektrolizida ultratovushning afzalliklari
- Vodorodning yuqori hosildorligi
- Yaxshilangan energiya samaradorligi
Ultratovush natijalariga ko'ra:
- Ko'tarilgan massa uzatish
- Yig'ilgan empedansning tezlashtirilgan qisqarishi
- Om kuchlanishining pasayishi
- Reaksiyaning haddan tashqari potentsialini kamaytirish
- Kamaytirilgan parchalanish potentsiali
- Suvni / suvli eritmani gazsizlantirish
- Elektrod katalizatorlarini tozalash
Elektrolizga ultratovush ta'siri
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.
Elektrodlarga ultratovush ta'siri
- Elektrod yuzasidan cho'kmalarni olib tashlash
- Elektrod yuzasini faollashtirish
- Elektrolitlarni elektrodlar tomon va elektrodlardan uzoqlashtirish
Ultrasonik tozalash va elektrod yuzalarini faollashtirish
Massa almashinuvi reaktsiya tezligi, tezligi va hosildorligiga ta'sir qiluvchi hal qiluvchi omillardan biridir. Elektrolitik reaktsiyalar jarayonida reaksiya mahsuloti, masalan, cho'kmalar to'g'ridan-to'g'ri elektrod yuzalarida bo'lgani kabi atrofida ham to'planadi va yangi eritmaning elektrodga elektrolitik aylanishini sekinlashtiradi. Ultrasonik ta'sir ko'rsatadigan elektrolitik jarayonlar ommaviy eritmada va yuzalar yaqinida massa o'tkazuvchanligini ko'rsatadi. Ultrasonik tebranish va kavitatsiya elektrod yuzalaridan passivatsiya qatlamlarini olib tashlaydi va shu bilan ularni doimiy ravishda to'liq samarali ushlab turadi. Bundan tashqari, sonifikatsiyaning sonokimyoviy ta'sirlar bilan reaktsiya yo'llarini kuchaytirishi ma'lum.
Om kuchlanishining pasayishi, reaktsiyaning haddan tashqari potentsiali va parchalanish potentsiali
Elektroliz sodir bo'lishi uchun zarur bo'lgan kuchlanish parchalanish potentsiali deb nomlanadi. Ultratovush elektroliz jarayonlarida zarur bo'lgan parchalanish potentsialini kamaytirishi mumkin.
ultratovushli elektroliz xujayrasi
Suv elektrolizi uchun ultratovushli energiya kiritish, elektrod bo'shlig'i va elektrolitlar kontsentratsiyasi suv elektroliziga va uning samaradorligiga ta'sir qiluvchi asosiy omillardir.
Ishqoriy elektroliz uchun odatda 20-40% KOH yoki NaOH suvli gidroksidi eritmasi bo'lgan elektroliz xujayrasi ishlatiladi. Elektr energiyasi ikkita elektrodga qo'llaniladi.
Reaksiya tezligini tezlashtirish uchun elektrod katalizatorlaridan foydalanish mumkin. Masalan, Pt elektrodlari qulaydir, chunki reaktsiya osonroq sodir bo'ladi.
Ilmiy tadqiqot maqolalarida suvning ultratovushli elektrolizidan foydalangan holda 10% -25% energiya tejash haqida xabar beriladi.
Uchuvchi va sanoat miqyosida vodorod ishlab chiqarish uchun ultratovushli elektrolizatorlar
Hielscher Ultrasonics’ sanoat ultratovushli protsessorlari to'liq yuk ostida va og'ir jarayonlarda 24/7/365 ishlashi uchun qurilgan.
Hielscher Ultrasonics bir vaqtning o'zida elektrod va ultratovush to'lqin uzatuvchisi vazifasini bajaradigan mustahkam ultratovush tizimlari, maxsus mo'ljallangan sonotrodlar (zondlar) va elektroliz reaktorlarini etkazib berish orqali elektrolitik vodorod ishlab chiqarish uchun maxsus talablarni qondiradi. UIP seriyasining barcha raqamli sanoat ultrasonikatorlari (UIP500hdT (500 vatt), UIP1000hdT (1kVt), UIP1500hdT (1,5 kVt), UIP2000hdT (2kVt) va UIP4000hdT (4kVt)) elektroliz dasturlari uchun yuqori samarali ultratovushli qurilmalardir.

UIP2000hdT ning ultratovushli probi anod vazifasini bajaradi. Qo'llaniladigan ultratovush to'lqinlari vodorodning elektrolitik sintezini kuchaytiradi.
Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:
To'plam hajmi | Oqim darajasi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
---|---|---|
0,02 dan 5L gacha | 0,05 dan 1L/min gacha | UIP500hdT |
0,05 dan 10L gacha | 0.1 dan 2L/min gacha | UIP1000hdT |
0,07 dan 15L gacha | 0.15 dan 3L/min gacha | UIP1500hdT |
0.1 dan 20 L gacha | 0.2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
10 dan 100 l gacha | 2 dan 10 l / min | UIP4000hdT |
Biz bilan bog'lanish! / Bizdan so'rang!
Bilishga arziydigan faktlar
Vodorod nima?
Vodorod - H belgisi va atom raqami 1 bo'lgan kimyoviy element. Standart atom og'irligi 1,008 bo'lgan vodorod davriy jadvaldagi eng engil element hisoblanadi. Vodorod koinotdagi eng keng tarqalgan kimyoviy modda bo'lib, barcha barion massasining taxminan 75% ni tashkil qiladi. H2 - bu ikki vodorod atomi bir-biriga bog'langanda va vodorod molekulasiga aylanganda hosil bo'lgan gaz. H2 molekulyar vodorod deb ham ataladi va ikki atomli, gomonukulyar molekuladir. U ikkita proton va ikkita elektrondan iborat. Neytral zaryadga ega bo'lgan molekulyar vodorod barqaror va shuning uchun vodorodning eng keng tarqalgan shaklidir.
Vodorod sanoat miqyosida ishlab chiqarilganda, bug'ni isloh qiluvchi tabiiy gaz eng ko'p ishlatiladigan ishlab chiqarish shaklidir. Muqobil usul suvni elektroliz qilishdir. Vodorodning katta qismi oxirgi foydalanish joyi yaqinida, masalan, qazib olinadigan yoqilg'ini qayta ishlash korxonalari (masalan, gidrokreking) va ammiak asosidagi o'g'it ishlab chiqaruvchilari yaqinida ishlab chiqariladi.
Adabiyot / Adabiyotlar
- 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.
- Islam Md H., Burheim Odne S., Pollet Bruno G. (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry 51, 2019. 533–555.
- 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.
- 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.