Chƣơng 1 : TỔNG QUAN
2.4.2. Chất điện phân cho điện phân nước
Phải cẩn thận trong việc lựa chọn chất điện phân, vì một anion từ chất điện phân đang cạnh tranh với các ion hydroxit để từ bỏ một điện tử. Một anion điện phân có tiềm năng điện cực ít hơn hydroxit sẽ bị oxy hóa thay vì hydroxit, và khơng có khí oxy sẽ được tạo ra. Thay vào đó, một cation có thế điện cực chuẩn lớn hơn ion hydro sẽ bị giảm và khơng có khí hydro nào được tạo ra.
Các cation sau có thế điện cực thấp hơn H+ và do đó thích hợp để sử dụng làm cation điện phân: Li+, Rb+, K+, Ba2+, Sr 2+, Ca2+, Na+ và Mg2+. Natri và lithium thường được sử dụng, vì chúng tạo thành muối hịa tan, rẻ tiền.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nguyên Người hướng dẫn: ThS.GVC Nguyễn Lê Châu Thành Lê Văn Thuận
Trương Nguyễn Hoàng Long 35
Nếu một axit được sử dụng làm chất điện phân, cation là H+ và khơng có đối thủ cạnh tranh cho H+ được tạo ra bằng cách tách nước. Các anion thường được sử dụng nhất là sulfat (SO42-), vì nó là rất khó khăn để oxy hóa, với tiềm năng tiêu chuẩn cho q trình oxy hóa của ion này cho peroxydisulfate ion là 2,010 volt.
Các axit mạnh như axit sunfuric (H2SO4) và các bazơ mạnh như kali hydroxit
(KOH) và natri hydroxit (NaOH) thường được sử dụng làm chất điện giải do khả năng dẫn điện mạnh của chúng.
2.5. Phƣơng pháp điện phân tách hydrogen
Quá trình sản xuất hydrogen bằng điện phân nước cũng tương tự như quá trình sản xuất HHO được lựa chọn để thực trong đề tài này. Điểm khác biệt quan trọng là thay vì thu nhận hỗn hợp hydrogen và oxygen trong trường hợp sản xuất HHO, trong trường hợp sản xuất hydrogen chúng ta phải tách riêng hai chất khí này để thu nhận chúng trên hai đường riêng biệt.
Việc tách hydrogen ra khỏi hỗn hợp với oxygen được thực hiện bởi màng ngăn. So sánh nguyên lý bình điện phân HHO và bình điện phân hydrogen được trình bày trên hình 2.1a và hình 2.1b. Trên hình 2.1a, do khơng có màng ngăn nên hydrogen sinh ra ở cực dương và oxygen sinh ra ở cực âm hòa trộn với nhau và thu được ở cùng đầu ra. Trên hình 2.1b, màng ngăn phân chia khơng gian bình điện phân thành khoang cực âm sinh ra khí hydrogen và khoang cực dương sinh ra khí hydrogen riêng rẽ. Màng ngăn đơn giản là vải ni lơng. Dung dịch điện phân có thể thấm qua màng ngăn nhưng bọt khí khơng đi qua được. Giải pháp này có thể được áp dụng trong trường hợp hydrogen không cần độ tinh khiết cao.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nguyên Người hướng dẫn: ThS.GVC Nguyễn Lê Châu Thành Lê Văn Thuận
Trương Nguyễn Hoàng Long 36
(a) (b)
Hình 2.1 Nguyên lý bình điện phân HHO (a) và bình điện phân hydrogen (b)
2.6. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả sinh khí và chất lƣợng khí hydroxyl
2.6.1. Ảnh hưởng của cấu tạo
a) Khoảng cách giữa các bản cực
Thực nghiệm cho thấy, các tấm bản cực càng gần nhau, tốc độ sản xuất khí càng lớn. Tuy nhiên có một giới hạn thực tế, vì các bong bóng khí hình thành giữa các bản cực phải dễ dàng thoát ra và nổi lên trên bề mặt. Vì vậy khoảng cách tối ưu thường được chọn là 2-3mm. [42]
b) Diện tích và tính chất bề mặt của các bản cực
Diện tích tấm càng lớn, tốc độ sản xuất khí càng lớn. Điều này có thể giải thích là do các bong bóng khí sinh ra được thốt ra khỏi các bản cực dễ dàng hơn. Chúng tôi đề nghị rằng mỗi mặt của mỗi bản cực có diện tích từ 13 đến 25 cm2 trên mỗi amp dòng điện chạy qua. Bề mặt của các bản cực có ảnh hưởng lớn đến tốc độ sản xuất khí. Tốc độ sản xuất khí được cải thiện đáng kể nếu cả hai mặt của mỗi tấm bản cực được chà nhám theo kiểu chéo nhau (điều này tạo ra diện tích bề mặt tăng lên với hàng ngàn đỉnh cực nhỏ giúp bong bóng hình thành và rời khỏi các tấm). Các bản cực sau đó được lắp ráp và ngâm trong dung dịch điện phân trong khoảng ba ngày. Điều này tạo ra một lớp phủ màu trắng bảo vệ trên bề mặt của các tấm giúp tăng cường điện phân.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nguyên Người hướng dẫn: ThS.GVC Nguyễn Lê Châu Thành Lê Văn Thuận
Trương Nguyễn Hồng Long 37
Các tấm sau đó được rửa sạch bằng nước cất và được nạp lại bằng dung dịch điện phân mới.