Ultrasonik vositalar bilan samarali vodorod ishlab chiqarish
Vodorod - bu atrof muhitga zarar etkazmaslik va karbonat angidridning nol emissiyasi tufayli afzalroq alternativ yoqilg'i. Biroq an'anaviy vodorod ishlab chiqarish tejamkor ommaviy ishlab chiqarish uchun samarali emas. Suv va gidroksidi suv eritmalarining ultratovushli elektrolizida vodorodning yuqori rentabelligi, reaktsiya tezligi va konversiya tezligi paydo bo'ladi. Ultrasonik yordamli elektroliz vodorod ishlab chiqarishni tejamkor va energiya tejamkor qiladi.
Elektroliz va elektrokoagulyatsiya kabi ultratovushli elektrokimyoviy reaktsiyalar reaktsiya tezligi, tezligi va rentabelligini yaxshilaydi.
Sonikatsiya bilan samarali vodorod ishlab chiqarish
Vodorod hosil qilish maqsadida suv va suvli eritmalarni elektroliz qilish toza energiya ishlab chiqarishning istiqbolli jarayonidir. Suvning elektrolizi 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 – The – 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 elektr tokini suvdan 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 reduksiya)
2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e– (anoddagi oksidlanish)
Umumiy reaktsiya: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g)
Ko'pincha vodorod ishlab chiqarish uchun elektroliz uchun gidroksidi suv ishlatiladi. Ishqor tuzlari gidroksidi metallar va gidroksidi tuproq metallarining eruvchan gidroksidlari bo'lib, ulardan keng tarqalgan misollar: natriy gidroksidi (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.
Ultrasonik katodda vodorodni sono-elektrokimyoviy ishlab chiqarish.
Vodorodning ultratovush sintezi
Vodorod gazi elektrolitik reaktsiyada hosil bo'lganda, vodorod parchalanish potentsialida sintezlanadi. Elektrodlarning yuzasi - bu elektrokimyoviy reaktsiya paytida molekulyar bosqichda vodorod hosil bo'lishi sodir bo'lgan maydon. Vodorod molekulalari elektrod yuzasida yadrolanadi, shuning uchun katod atrofida vodorod gaz pufakchalari bo'ladi. Ultrasonik elektrodlardan foydalanish faollik impedanslari va kontsentratsion impedansni yaxshilaydi va suv elektrolizida vodorod pufakchalari ko'tarilishini tezlashtiradi. Bir necha tadqiqotlar ultratovushli vodorod ishlab chiqarish vodorodning unumdorligini samarali oshirishini ko'rsatdi.
Ultrasonikaning vodorod elektroliziga foydalari
- Vodorodning yuqori hosilasi
- Energiya samaradorligini oshirish
ultratovush natijalariga ko'ra:
- oshdi ommaviy uzatish
- Yig'ilgan impedansning tezlashtirilgan pasayishi
- Ohmik kuchlanishning pasayishi
- Haddan tashqari potentsial reaktsiyaning kamayishi
- Parchalanish salohiyatining pasayishi
- Suv / suvli eritmaning gazsizlanishi
- 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 qatlamlarni olib tashlash
- Elektrod sirtini faollashtirish
- Elektrolitlarni elektrodlarga qarab va undan uzoqroq masofada tashish
Ultrasonik tozalash va elektrod yuzalarini faollashtirish
Ommaviy uzatish reaktsiya tezligi, tezligi va rentabelligiga ta'sir qiluvchi hal qiluvchi omillardan biridir. Elektrolitik reaktsiyalar paytida reaktsiya mahsuloti, masalan, cho'kadi, atrofda, shuningdek to'g'ridan-to'g'ri elektrod yuzalarida to'planib, yangi eritmaning elektrolitik konvertatsiyasini elektrodga sekinlashtiradi. Ultrasonik ravishda targ'ib qilingan elektrolitik jarayonlar ommaviy eritmada va sirtlarga yaqin massa uzatilishini ko'rsatadi. Ultrasonik tebranish va kavitatsiya elektrod sathidan passivatsiya qatlamlarini olib tashlaydi va shu bilan ularni doimiy ravishda to'liq samaradorligini saqlaydi. Bundan tashqari, sonifikatsiya sonokimyoviy ta'sir bilan reaktsiya yo'llarini kuchaytirishi ma'lum.
Pastroq Ohmik kuchlanishning pasayishi, ortiqcha reaktsiya va parchalanish potentsiali
Elektrolizning paydo bo'lishi uchun zarur bo'lgan kuchlanish parchalanish potentsiali deb nomlanadi. Ultratovush elektroliz jarayonlarida kerakli parchalanish potentsialini pasaytirishi mumkin.
Ultrasonik elektroliz xujayrasi
Suv elektrolizi uchun ultratovush energiyasini kiritish, elektrod oralig'i va elektrolitlar kontsentratsiyasi suv elektroliziga va uning samaradorligiga ta'sir qiluvchi asosiy omillardir.
Ishqoriy elektroliz uchun odatda suvli gidroksidi eritmasi 20% -40% KOH yoki NaOH 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 bo'ladi.
Ilmiy tadqiqot maqolalarida suvning ultratovushli elektrolizi yordamida 10% -25% energiya tejash haqida xabar berilgan.
Vodorod ishlab chiqarish uchun ultratovushli elektrolizatorlar tajriba va sanoat miqyosida
Hielscher ultratovush’ sanoat ultratovushli protsessorlari to'liq yuk ostida va og'ir jarayonlarda 24/7/365 ishlashi uchun qurilgan.
Sog'lom ultratovush tizimlarini, bir vaqtning o'zida elektrod va ultratovush to'lqinlarini uzatuvchi sifatida ishlaydigan maxsus mo'ljallangan sonotrodlar (zondlar) va elektroliz reaktorlarini etkazib berish orqali Hielscher Ultrasonics elektrolitik vodorod ishlab chiqarish uchun o'ziga xos talablarni bajaradi. UIP seriyasining barcha raqamli sanoat ultrasonikatorlari (UIP500hdT (500 vatt), UIP1000hdT (1 kVt), UIP1500hdT (1,5 kVt), UIP2000hdT (2 kVt) va UIP4000hdT (4 kVt)) elektroliz dasturlari uchun yuqori samarali ultratovushli birliklardir.
UIP2000hdT ning ultratovushli probi anod vazifasini bajaradi. Amaldagi ultratovush to'lqinlari vodorodning elektrolitik sintezini kuchaytiradi.
Quyidagi jadval sizga bizning ultrasonicators taxminiy qayta ishlash quvvatiga ega ekanligidan dalolat beradi:
| Buyurtma miqdori | Oqim darajasi | Tavsiya Qurilmalar |
|---|---|---|
| 0.02 dan 5L gacha | 0.05 dan 1L / min | 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 20L | 04L / min uchun .2 | UIP2000hdT |
| 10 100L uchun | 10L 2 / min | UIP4000hdT |
Biz bilan bog'lanish! Bizdan so'rang!
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, uchuvchi va sanoat miqyosida dasturlarni aralashtirish, tarqatish, emulsifikatsiya va ekstraktsiya qilish uchun yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi.
Bilishingiz kerak bo'lgan dalillar
Vodorod nima?
Vodorod - bu 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 moddadir, u barcha barion massasining taxminan 75 foizini tashkil qiladi. H2 - bu ikki vodorod atomi bog'lanib, vodorod molekulasiga aylanganda hosil bo'ladigan gaz. H2, shuningdek, molekulyar vodorod deb ataladi va diatomik, homonukleer molekuladir. U ikkita proton va ikkita elektrondan iborat. Neytral zaryadga ega bo'lgan molekulyar vodorod barqaror va shu bilan vodorodning eng keng tarqalgan shakli.
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.
Adabiyotlar / 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.