Suyultirilgan sulfat kislotadan sonoelektrolitik vodorod ishlab chiqarish
Suyultirilgan sulfat kislotani elektroliz qilish natijasida vodorod gazi va kislorod gazi hosil bo'ladi. Ultrasonikatsiya elektrod yuzasida diffuziya qatlami qalinligini pasaytiradi va elektroliz paytida massa uzatishni yaxshilaydi. Ultrasonikatsiya elektrolitik hujayradagi vodorod gazini ishlab chiqarish tezligini sezilarli darajada oshirishi mumkin.
Quyida uglerod anodli va titanium katodli ikkita eksperimental qurilma tasvirlangan. Ultrasonikatsiyaning elektrolizga ijobiy ta'sirini ko'rsatish uchun titanium katod sonoelektroddir. Bu suyultirilgan sulfat kislotadan vodorod va kislorodni elektrolitik ishlab chiqarishga ultratovush tebranishlari va kavitatsiyani qo'shadi. Ultrasonikaning elektr bilan birikmasi sonoelektrokimyo, sonoelektroliz va sonoelektrosintezda qo'llaniladi.
Hielscher ultratovushli gomogenizator UP100H (100 vatt, 30 kHz) sonoelektrokimyoviy yangilanish bilan jihozlangan. Bu elektrolitik jarayonda sonotrodni katod yoki anod sifatida ishlatish imkonini beradi. Sanoat sonoelektrolitik sozlamalari uchun bu yerni bosing!
UP100H ultratovush protsessoridagi sonoelektrik katod
Sonoelektrolizni sozlash 1 – H tipidagi bo'linmagan hujayra
O'rnatish suyultirilgan sulfat kislotadan (H2SO4, 1,0M) foydalanadi. H tipidagi bo'linmagan hujayra elektrolitlar bilan to'ldiriladi. Ushbu hujayra Hofman voltametri sifatida tanilgan. U uchta birlashtirilgan tik shisha tsilindrga ega. Ichki tsilindr elektrolitlar bilan to'ldirish uchun yuqori qismida ochiq. Tashqi quvurlarning yuqori qismidagi valflarni ochish, to'ldirish vaqtida har qanday gazning chiqishiga imkon beradi. Elektrolitik kamerada elektrodlar rezina halqalar bilan muhrlanadi va kislotali suv eritmasiga teskari botiriladi. Musbat anod elektrodi ugleroddan (8 mm) qilingan. Salbiy katod titaniumli ultratovushli sonoelektroddir (10 mm, maxsus yuqori sirt maydoni sonotrode, Hielscher UP100H, 100 vatt, 30 kHz). Titan sonoelektrod va uglerod elektrodi inertdir. Elektroliz faqat suyultirilgan sulfat kislota eritmasidan elektr toki o'tkazilganda sodir bo'ladi. Shuning uchun, uglerod anodi va titanium katod doimiy kuchlanishli quvvat manbaiga (to'g'ridan-to'g'ri oqim) ulanadi.
Suyultirilgan sulfat kislota elektrolizi natijasida hosil bo'lgan vodorod va kislorod gazi har bir elektrod ustidagi gradusli tashqi quvurlarda to'planadi. Gaz hajmi tashqi quvurlardagi elektrolitni siqib chiqaradi va qo'shimcha gaz hajmini o'lchash mumkin. Gaz hajmining nazariy nisbati 2:1 ni tashkil qiladi. Elektroliz jarayonida elektrolitdan faqat suv vodorod gazi va kislorod gazi sifatida chiqariladi. Demak, elektroliz jarayonida suyultirilgan sulfat kislotaning konsentratsiyasi biroz oshadi.
Quyidagi videoda impulsli ultratovush yordamida suyultirilgan sulfat kislotaning sonoelektrolizi ko'rsatilgan (100% amplituda, aylanish rejimi, 0,2 soniya yoqilgan, 0,8 soniya o'chirilgan). Ikkala sinov ham 2,1V (DC, doimiy kuchlanish) da o'tkazildi.
Sonoelektrolizni sozlash 2 – Oddiy to'plam
Shisha idish suyultirilgan sulfat kislota elektrolitlari (H2SO4, 1,0M) bilan to'ldirilgan. Ushbu oddiy elektrolitik hujayrada elektrodlar kislotali suv eritmasiga botiriladi. Musbat anod elektrodi ugleroddan (8 mm) qilingan. Salbiy katod titaniumli ultratovushli sonoelektroddir (10 mm, MS10, Hielscher UP100H, 100 vatt, 30 kHz). Elektroliz faqat suyultirilgan sulfat kislota eritmasidan elektr toki o'tkazilganda sodir bo'ladi. Shuning uchun uglerod anodi va titanium katod doimiy kuchlanishli quvvat manbaiga (to'g'ridan-to'g'ri oqim) ulanadi. Titan elektrodi va uglerod elektrodi inertdir. Bu o'rnatishda suyultirilgan sulfat kislota elektrolizida hosil bo'lgan vodorod gazi va kislorod gazi yig'ilmaydi. Quyidagi videoda ushbu juda oddiy o'rnatish amalda ko'rsatilgan.
Elektroliz paytida nima sodir bo'ladi?
Vodorod ionlari manfiy katodga tortiladi. U erda vodorod ioni yoki suv molekulalari elektron daromadi bilan vodorod gazi molekulalariga qaytariladi. Natijada vodorod gazi molekulalari vodorod gazi sifatida chiqariladi. Ko'pgina reaktiv metall tuzlari yoki kislota eritmalarining elektrolizi manfiy katod elektrodida vodorod hosil qiladi.
Manfiy sulfat ionlari yoki gidroksid ionlarining izlari musbat anodga tortiladi. Sulfat ionining o'zi juda barqaror, shuning uchun hech narsa bo'lmaydi. Gidroksid ionlari yoki suv molekulalari kislorod hosil qilish uchun anodda chiqariladi va oksidlanadi. Ushbu ijobiy anod reaktsiyasi elektron yo'qotish bilan oksidlanish elektrodi reaktsiyasidir.
Nima uchun biz suyultirilgan sulfat kislotadan foydalanamiz?
Suvda faqat vodorod ionlari va gidroksid ionlarining kichik konsentratsiyasi mavjud. Bu elektr o'tkazuvchanligini cheklaydi. Suyultirilgan sulfat kislotadan vodorod ionlari va sulfat ionlarining yuqori konsentratsiyasi elektrolitning elektr o'tkazuvchanligini yaxshilaydi. Shu bilan bir qatorda, kaliy gidroksidi (KOH) yoki natriy gidroksid (NAOH) va suv kabi gidroksidi elektrolit eritmasidan foydalanishingiz mumkin. Tuzlar yoki sulfat kislotaning ko'plab eritmalarini elektroliz qilish natijasida manfiy katodda vodorod, musbat anodda kislorod hosil bo'ladi. Xlorid kislota yoki xlorid tuzlarini elektroliz qilish natijasida anodda xlor hosil bo'ladi.
Elektrolizator nima?
Elektrolizator - bu elektroliz deb nomlanuvchi jarayonda suvni vodorod va kislorodga ajratish uchun qurilma. Elektrolizator vodorod gazi va kislorod gazini ishlab chiqarish uchun elektr energiyasidan foydalanadi. Vodorod gazi siqilgan yoki suyultirilgan gaz sifatida saqlanishi mumkin. Vodorod avtomobillar, poezdlar, avtobuslar yoki yuk mashinalarida vodorod yonilg'i xujayrasida foydalanish uchun energiya tashuvchisidir.
Asosiy elektrolizatorda katod (salbiy zaryad) va anod (musbat zaryad) va periferik komponentlar, masalan, nasoslar, shamollatgichlar, saqlash tanklari, quvvat manbai, ajratuvchi va boshqa komponentlar mavjud. Suv elektrolizi - bu elektrolizator ichida sodir bo'ladigan elektrokimyoviy reaktsiya. Anod va katod to'g'ridan-to'g'ri oqim bilan quvvatlanadi va suv (H20) uning tarkibiy qismlari vodorod (H2) va kislorod (O2) ga bo'linadi.
Adabiyot / Adabiyotlar
- 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.