Suyultirilgan sulfat kislotadan sonoelektrolitik usulda vodorod olish
Suyultirilgan sulfat kislotaning elektrolizi vodorod gazi va kislorod gazini hosil qiladi. Ultratovush bilan ishlov berish elektrod yuzasidagi diffuziya qatlamining qalinligini kamaytiradi va elektroliz vaqtida massa almashinuvini yaxshilaydi. Ultratovush bilan ishlov berish elektrolitik hujayrada vodorod gazini hosil qilish tezligini sezilarli darajada oshirishi mumkin.
Quyida uglerod anod va titan katoddan iborat ikkita tajriba qurilmasi tavsiflangan. Ultratovush bilan ishlov berishning elektrolizga ijobiy taʼsirini namoyish etish uchun titan katod sonoelektrod sifatida ishlatiladi. Bu suyultirilgan sulfat kislotadan elektrolitik usulda vodorod va kislorod olish jarayoniga ultratovush tebranishlari va kavitatsiyani qoʻshadi. Ultratovushning elektr bilan birgalikda qoʻllanilishi sonoelektrokimyo, sonoelektroliz va sonoelektrosintezda ishlatiladi.
Hielscher UP100H ultratovushli gomogenizatori (100 vatt, 30kHz) sonoelektrokimyoviy qoʻshimcha jihoz bilan taʼminlangan. Bu elektrolitik jarayonda sonotroddan katod yoki anod sifatida foydalanish imkonini beradi. Sanoat sonoelektrolitik qurilmalari uchun shu yerni bosing!
UP100H ultratovushli protsessoridagi sonoelektrik katod
Sonoelektroliz qurilmasi 1 – H shaklidagi boʻlinmagan hujayra
Qurilmada suyultirilgan sulfat kislota (H2SO4, 1,0M) ishlatiladi. H shaklidagi boʻlinmagan hujayra elektrolit bilan toʻldiriladi. Bu hujayra Hofmann voltametri deb ataladi. U oʻzaro tutashtirilgan uchta tik shisha silindrdan iborat. Elektrolit bilan toʻldirish imkonini berish uchun ichki silindrning yuqori qismi ochiq. Tashqi naylarning yuqori qismidagi klapanlarni ochish toʻldirish vaqtida har qanday gazning chiqib ketishiga imkon beradi. Elektrolitik hujayrada elektrodlar rezina halqalar bilan zichlanadi va kislotali suv eritmasiga teskari holatda botiriladi. Musbat anod elektrodi ugleroddan (8mm) tayyorlangan. Manfiy katod titan ultratovushli sonoelektroddir (10mm, sirt maydoni katta boʻlgan maxsus sonotrod, Hielscher UP100H, 100 vatt, 30kHz). Titan sonoelektrod va uglerod elektrod inertdir. Elektroliz faqat suyultirilgan sulfat kislota eritmasidan elektr toki oʻtkazilganda sodir boʻladi. Shu sababli uglerod anod va titan katod kuchlanishi oʻzgarmas elektr taʼminoti manbaiga (oʻzgarmas tok) ulanadi.
Suyultirilgan sulfat kislotaning elektrolizida hosil boʻlgan vodorod gazi va kislorod gazi har bir elektrod ustidagi darajalangan tashqi naylarda yigʻiladi. Gaz hajmi tashqi naylardagi elektrolitni siqib chiqaradi va qoʻshimcha gaz hajmini oʻlchash mumkin. Gaz hajmlarining nazariy nisbati 2:1 ga teng. Elektroliz vaqtida elektrolitdan faqat suv vodorod gazi va kislorod gazi shaklida chiqariladi. Shuning uchun elektroliz vaqtida suyultirilgan sulfat kislotaning konsentratsiyasi biroz oshadi.
Quyidagi videoda impulsli ultratovush bilan ishlov berish yordamida suyultirilgan sulfat kislotaning sonoelektrolizi koʻrsatilgan (100% amplituda, sikl rejimi, 0,2 soniya yoqilgan, 0,8 soniya oʻchirilgan). Har ikkala sinov 2,1V da oʻtkazilgan (DC, oʻzgarmas kuchlanish).
Sonoelektroliz qurilmasi 2 – Oddiy davriy jarayon
Shisha idish suyultirilgan sulfat kislota elektroliti (H2SO4, 1,0M) bilan toʻldiriladi. Ushbu oddiy elektrolitik hujayrada elektrodlar kislotali suv eritmasiga botiriladi. Musbat anod elektrodi ugleroddan (8mm) tayyorlangan. Manfiy katod titan ultratovushli sonoelektroddir (10mm, MS10, Hielscher UP100H, 100 vatt, 30kHz). Elektroliz faqat suyultirilgan sulfat kislota eritmasidan elektr toki oʻtkazilganda sodir boʻladi. Shu sababli uglerod anod va titan katod kuchlanishi oʻzgarmas elektr taʼminoti manbaiga (oʻzgarmas tok) ulanadi. Titan elektrod va uglerod elektrod inertdir. Suyultirilgan sulfat kislotaning elektrolizida hosil boʻlgan vodorod gazi va kislorod gazi ushbu qurilmada yigʻilmaydi. Quyidagi videoda ushbu juda oddiy qurilmaning ishlashi koʻrsatilgan.
Elektroliz vaqtida nima sodir boʻladi?
Vodorod ionlari manfiy katodga tortiladi. U yerda vodorod ioni yoki suv molekulalari elektron qabul qilish orqali vodorod gazi molekulalarigacha qaytariladi. Natijada vodorod gazi molekulalari vodorod gazi sifatida ajralib chiqadi. Koʻplab faol metall tuzlari yoki kislota eritmalarining elektrolizi manfiy katod elektrodida vodorod hosil qiladi.
Manfiy sulfat ionlari yoki juda oz miqdordagi gidroksid ionlari musbat anodga tortiladi. Sulfat ionining oʻzi haddan tashqari barqaror boʻlgani uchun hech narsa sodir boʻlmaydi. Gidroksid ionlari yoki suv molekulalari anodda zaryadsizlanadi va oksidlanib, kislorod hosil qiladi. Musbat anoddagi bu reaksiya elektron yoʻqotish orqali kechadigan elektroddagi oksidlanish reaksiyasidir.
Nima uchun suyultirilgan sulfat kislotadan foydalanamiz?
Suvda vodorod ionlari va gidroksid ionlari faqat juda past konsentratsiyalarda mavjud. Bu elektr oʻtkazuvchanligini cheklaydi. Suyultirilgan sulfat kislotadan hosil boʻladigan vodorod ionlari va sulfat ionlarining yuqori konsentratsiyalari elektrolitning elektr oʻtkazuvchanligini yaxshilaydi. Muqobil ravishda kaliy gidroksid (KOH) yoki natriy gidroksid (NAOH) kabi ishqoriy elektrolit eritmasidan va suvdan foydalanishingiz mumkin. Tuzlar yoki sulfat kislotaning koʻplab eritmalari elektrolizi manfiy katodda vodorod va musbat anodda kislorod hosil qiladi. Xlorid kislota yoki xlorid tuzlarining elektrolizi anodda xlor hosil qiladi.
Elektrolizyor nima?
Elektrolizyor suvni elektroliz deb ataladigan jarayonda vodorod va kislorodga ajratadigan qurilmadir. Elektrolizyor vodorod gazi va kislorod gazini hosil qilish uchun elektr energiyasidan foydalanadi. Vodorod gazini siqilgan yoki suyultirilgan gaz shaklida saqlash mumkin. Vodorod avtomobillar, poyezdlar, avtobuslar yoki yuk avtomobillaridagi vodorod yonilgʻi elementida foydalanish uchun energiya tashuvchidir.
Oddiy elektrolizyor katod (manfiy zaryad), anod (musbat zaryad) hamda nasoslar, gaz chiqarish teshiklari, saqlash rezervuarlari, elektr taʼminoti manbai, ajratgich va boshqa qismlar kabi yordamchi qismlardan iborat. Suv elektrolizi elektrolizyor ichida sodir boʻladigan elektrokimyoviy reaksiyadir. Anod va katod oʻzgarmas tok bilan taʼminlanadi va suv (H20) oʻz tarkibiy qismlari boʻlgan vodorod (H2) va kislorodga (O2) ajratiladi.
Adabiyotlar / Manbalar
- 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.
- Md H. Islam; Odne S. Burheim; Bruno G.Pollet (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 51, March 2019. 533-555.
- Jayaraman Theerthagiri; Jagannathan Madhavan; Seung Jun Lee; Myong Yong Choi; Muthupandian Ashokkumar; Bruno G. Pollet (2020): Sonoelectrochemistry for energy and environmental applications. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 63, 2020.
- Bruno G. Pollet (2019): Does power ultrasound affect heterogeneous electron transfer kinetics? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 6-12.
- Md Hujjatul Islam; Michael T.Y. Paul; Odne S. Burheim; Bruno G. Pollet (2019): Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 59, 2019.
- 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.
- M.D. Esclapez, V. Sáez, D. Milán-Yáñez, I. Tudela, O. Louisnard, J. González-García (2010): Sonoelectrochemical treatment of water polluted with trichloroacetic acid: From sonovoltammetry to pre-pilot plant scale. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 6, 2010. 1010-1020.
- L. Cabrera, S. Gutiérrez, P. Herrasti, D. Reyman (2010): Sonoelectrochemical synthesis of magnetite. Physics Procedia Volume 3, Issue 1, 2010. 89-94.