Электролиз воды

Содержание

Электролизер

Электролиз воды

> Теория > Электролизер

Электролиз – химико-физическое явление по разложению веществ на компоненты посредством электротока, которое широко применяется в производственных целях. На основе этой реакции изготавливаются агрегаты для получения, например, хлора или цветных металлов.

Электролизная установка, состоящая из пластин

Постоянный рост цен на энергетические ресурсы сделал популярными электролизные установки бытового назначения. Что представляют собой такие конструкции, и как их изготовить дома?

Общая информация об электролизере

Электролизная установка – устройство для электролиза, требующее внешний энергоисточник, конструктивно состоящее из нескольких электродов, которые помещены в заполненную электролитом емкость. Также такая установка может называться устройством для расщепления воды.

В подобных агрегатах основным техническим параметром является производительность, которая означает объем вырабатываемого водорода за час и измеряется в м³/ч. Стационарные агрегаты несут этот параметр в наименовании модели, например, мембранная установка СЭУ-40 вырабатывает за час 40 куб. м водорода.

Внешний вид стационарного промышленного агрегата СЭУ-40

Прочие характеристики таких устройств полностью зависят от целевого назначения и вида установок. Например, при осуществлении электролиза воды КПД агрегата зависит от нижеследующих параметров:

  1. Уровень наименьшего электродного потенциала (электронапряжения). Для нормального функционирования агрегата эта характеристика должна находиться в диапазоне 1,8-2 В на одну пластину. Если источник электропитания имеет напряжение в 14 В, то емкость электролизера с электролитным раствором имеет смысл разделить листами на 7 ячеек. Подобная установка называется сухим электролизером. Меньшее значение не запустит электролиз, а большее – сильно увеличит расход энергии;

Размещение пластин в ванне электролизной установки

  1. Чем меньше будет расстояние между пластиночными компонентами, тем меньше будет сопротивление, что при прохождении большого тока приведет к увеличению выработки газового вещества;
  2. Площадь поверхности пластин напрямую оказывает влияние на производительность;
  3. Тепловой баланс и степень концентрации электролита;
  4. Материал электродных элементов. Золото является дорогим, но идеальным материалом для применения в электролизерах. Из-за его дороговизны часто применяют нержавеющую сталь.

Важно! В конструкциях другого типа значения будут иметь иные параметры.

Установки для электролиза воды могут также использоваться для таких целей, как обеззараживание, очистка и оценка качества воды.

Принцип работы и виды электролизера

Самое простое устройство имеют электролизеры, которые расщепляют воду на кислород и водород. Они состоят из емкости с электролитом, в которую помещаются электроды, подключенные к энергоисточнику.

Конструкция простейшей электролизной установки

Принцип работы электролизной установки заключается в том, что электроток, который проходит через электролит, имеет напряжение, достаточное для разложения воды на молекулы. Результат процесса – анод выделяет одну часть кислорода, а катод производит две части водорода.

Виды электролизеров

Устройства для расщепления воды бывают нижеследующих видов:

  1. Сухие;
  2. Проточные;
  3. Мембранные;
  4. Диафрагменные;
  5. Щелочные.

Сухой тип

Такие электролизеры имеют самую простую конструкцию (картинка выше). Им присуща особенность, которая заключается в том, что манипуляция с числом ячеек дает возможность запитать агрегат от источника с любым напряжением.

Проточный тип

Эти установки имеют в своей конструкции полностью залитую электролитом ванну с электродными элементами и баком.

Устройство простого электролизера проточного типа, где А – ванна с электродами, D – бак, В, Е – трубки, С – выходной клапан

Принцип работы проточной электролизной установки нижеследующий (по картинке выше):

  • при протекании электролиза электролит вместе с газом через трубу «В» выдавливается в бак «D»;
  • в емкости «D» протекает процесс по отделению газа от электролита;
  • газ выходит через клапан «С»;
  • электролитный раствор возвращается через трубку «Е» в ванну «А».

Интересно знать. Такой принцип работы настроен в некоторых сварочных аппаратах – горение выделяемого газа позволяет сваривать элементы.

Мембранный тип

Электролизная установка мембранного типа имеет схожую конструкцию с другими электролизерами, однако в качестве электролита выступает твердое вещество на полимерной основе, которое именуется мембраной.

Конструкция мембранного электролизера

Мембрана в таких агрегатах имеет двойное назначение – перенос ионов и протонов, разделение электродов и продуктов электролиза.

Диафрагменный тип

Когда одно вещество не может проникать и влиять на другое, применяют пористую диафрагму, которая может изготавливаться из стекла, полимерных волокон, керамики либо асбестового материала.

Устройство диафрагменного электролизера, где 1 – выход для кислорода, 2 – колба, 3 – выход для водорода, 4 – анод, 5 – катод, 6 – диафрагма

Щелочной тип

Протекать электролиз в дистиллированной воде не может. В таких случаях необходимо использовать катализаторы, которыми выступают щелочные растворы высокой концентрации. Соответственно, основную часть электролизных устройств можно назвать щелочными.

Важно! Стоит отметить, что использование соли в качестве катализатора вредно, так как при протекании реакции выделяется газообразный хлор. Идеальным катализатором может выступать гидроксид натрия, который не разъедает железные электроды и не способствует выделению вредных веществ.

Самостоятельное изготовление электролизера

Водородный генератор для отопления частного дома

Изготовить электролизер своими руками может каждый человек. Для процесса сборки самой простой конструкции потребуются нижеследующие материалы:

  • лист нержавейки (идеальные варианты – зарубежная AISI 316L или отечественная 03Х16Н15М3);
  • болты М6х150;
  • шайбы и гайки;
  • прозрачная трубка – можно применять водяной уровень, который используется в строительных целях;
  • несколько штуцеров типа «елочка» с внешним диаметром 8 мм;
  • контейнер из пластика объемом 1,5 л;
  • небольшой фильтрующий проточную воду фильтр, например, фильтр для стиральных машин;
  • обратный водный клапан.

Процесс сборки

Собирать электролизер своими руками следует по следующей инструкции:

  1. Первым делом необходимо осуществить разметку и дальнейшую распилку листа нержавейки на равные квадраты. Распилка может осуществляться угловой шлифовальной машинкой (болгаркой). Один из уголков в таких квадратах должен быть спилен под углом для верного скрепления пластин;
  2. Далее потребуется просверлить отверстие для болта на противоположной от углового спила стороне пластины;
  3. Соединение пластин необходимо производить поочередно: одна пластина на «+», следующая на «-» и так далее;
  4. Между разно заряженными пластинами должен находиться изолятор, которым выступает трубка от водяного уровня. Ее необходимо разрезать на кольца, какие следует разрезать вдоль для получения полосок толщиной 1 мм. Такого расстояния между пластин достаточно для эффективного выделения газа при электролизе;
  5. Скрепление пластин вместе осуществляется посредством шайб следующим образом: на болт насаживается шайба, потом – пластина, далее – три шайбы, после – пластина и так далее. Пластины, положительно заряженные, располагаются зеркально отрицательно заряженных листов. Это позволяет не допустить задевание электродов спиленными краями;

Собранные вместе пластины электролизной установки

  1. Собирая пластины, следует сразу выполнять их изоляцию и затяжку гаек;
  2. Также каждую пластину нужно прозвонить для того, чтобы убедиться в отсутствии короткого замыкания;
  3. Далее всю сборку требуется поместить в бокс из пластика;
  4. После этого надо отметить места касания болтов о стенки контейнера, где и просверлить два отверстия. Если болты не влезают в емкость, то их необходимо подрезать ножовкой;
  5. Далее болты затягиваются гайками и шайбами для герметичности конструкции;

Пластины, помещенные в пластиковый контейнер

  1. После проделанных манипуляций потребуется сделать отверстия в крышке контейнера и вставить в них штуцера. Герметичность в данном случае можно обеспечить посредством промазки швов герметиками на основе силикона;
  2. Защитный клапан и фильтр в конструкции располагаются на выходе газа и служат средством контроля чрезмерного его скопления, которое может привести к плачевным последствиям;
  3. Электролизная установка собрана.

Заключительный этап – тестирование, которое осуществляется таким образом:

  • заполнение водой емкости до уровня крепежных болтов;
  • подключение питания к прибору;
  • подключение к штуцеру трубки, противоположный конец которой опускается в воду.

Если будет подан на установку слабый ток, то выпускание газа через трубку будет почти незаметно, однако внутри электролизера его можно будет наблюдать. Повышая электрический ток, добавляя щелочной катализатор в воду, можно существенно увеличить выход газового вещества.

Изготовленный электролизер может выступать составной частью многих устройств, например, водородной горелки.

Внешний вид водородной горелки, основой которой является собственноручно изготовленный электролизер

Зная типы, основные характеристики, устройство и принцип работы электролизных установок, можно осуществить правильную сборку самодельной конструкции, которые будет являться незаменимым помощником в различных бытовых ситуациях: от сварки и экономии расхода топлива автотранспорта до работы систем отопления.

Генератор на неодимовых магнитах

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/ehlektrolizer.html

Электролиз воды: живая и мертвая вода

Электролиз воды

Очень много легенд и слухов ходит о волшебной животворящей воде. И это не сказка.

Есть такой процесс электролиз воды, который и дал жизнь двум понятиям вода обогащенная или живая, и вода мертвая.

Что дает такая «одухотворенная» вода и что из нее следует устранить для этого, будет описано ниже. Здоровье любого жителя Земли не оценить деньгами, так не лучше ли позаботиться о нем заранее?

Страхи и реалии – вред примесей

О том медицина начала говорить не так давно. Раньше люди пользовались жесткой водой и как то не замечали особых перипетий в худшую сторону в организме. Беда ее в том, что действует она незаметно и копиться вред от нее годами. Люди даже сегодня совсем не помнят, какова на вкус родниковая вода, зато отлично знают, как выглядит и какова на вкус хлорка.

Если говорить о вероятности болезни, то та же вода, в которой много хлора (а это почти 100% любой воды в российских городах) приводит к вероятности образования раковой опухоли на 90 процентов выше, чем при использовании мягкой воды.

Проблема воды, богатой хлоркой заключается в тригалометанах. Эти вещества – результат плотного взаимодействия хлорки и органики. Кстати, хлороформ, тоже тригалометан. Вещество, которое является не столько снотворным. Но еще и отличным ядом.

Электролиз воды помогает разделить воду на полный дистиллят и воду с кучей примесей, практически мертвую.

В таблице сведены все вредные примеси в воде. И расписаны болезни, которые они вызывают.

ПримесьПоражение, каких органов вызывает
НикельДерматологические проблемы
ЦинкМоче-половая система, почки
МедьСлизистая оболочка печени и почек
МарганецНервы (вплоть до анемии)
Свинцовые включенияТорможение умственного развития
КадмийРак, мертворождаемость
НитратыОсобо опасны для младенцев (могут вызвать синдром синюшного младенца)
ХлорБолезни сердца, рак, аутизм
ЖелезоДерматология

Чтобы решить все проблемы, связанные с некачественной водой придется установить электромагнитные приборы для умягчения воды. Первое, что нужно будет сделать – провести анализ состава воды, после этого составляется система подготовки воды.

В нее могут входить самые разные этапы, но как минимум требуются очистители для  питьевой и технической воды. Если есть проблемы с нарастанием ила в бытовых приборах или с запахом железа в воде, то придется озаботиться обезжелезивателем и дезинфектором.

Лучше всего брать безреагентные приборы. Они безопасны в экологическим смысле.

Электролиз и «убийство» воды

Всякого рода примеси дают воде вкус и запах. Растворенный кислород и органические примеси, соли жесткости – все это делает воду некачественной. Если воду на электроризовать, то минералы и органика выпадут в осадок. Вкус воды при этом меняется и меняется значительно.

То есть в процессе электролиза образуется два вида воды:

  • Мертвая, в которой ни осталось никаких примесей, своего рода химическое вещество практически полный дистиллят;
  • Живая, тоже не настоящая вода, а вода с разрушенными связями, и присутствующим легким вкусом соды.

Получается, что вода хоть и считается живой, но после воздействия на нее электричества, живого в ней мало чего остается.

Активация ионов воды в результате работы электрического тока происходит так: полупроницаемая мембрана погружается в воду, пускается электричество. Ионы и электроны массировано поставляются в воду.

В воде массово нарушаются поля. Идет ломка структуры воды. Вот почему электролиз воды производит мертвую воду.

Живой воду называют только тогда, когда в ней есть минералы, ее молекулярный вес составляет Н20. С таким составом вода будет не нарушать здоровье человека, а способствовать ему. Такой процесс не нарушит макроструктуру белка, и внутренняя среда останется в сохранности.

Электролиз воды.

Для здорового человека нормальный показатель кислотно-щелочного баланса составляет 7,0. Разрушенная электролизом вода имеет показатель 10, а то и все 11.

Потому деструктурированная вода, вовсе не живая, а даже наоборот. Она способствует застаиванию калия в клетках организма и блокирует естественные поставки энергии. Естественные потоки содержаться в триединстве. То есть жизнь – это единение потоков энергии, структуры и информации. И если нарушить любую составляющую триединства, то человек начнет болеть.

Процесс электролиза воды опасен как раз тем, что способствует диссоциации. В воде меняется молекулярный вес, рвется равновесие, с трудом достигнутое и меняется полярность. Электромагнитные волны идут по другому пути. Так и возникают болезни.

Но исходя из истории, такой версии развития событий придерживаются не все ученные. Слишком много в ней негатива, потому видимо, большого развития она не достигла. Хотя в Европе и достаточно популярна.

Источник: http://vodopodgotovka-vodi.ru/opresnenie-vody/elektroliz-vody

Что такое электролизер, его принцип работы, конструкция и виды

Электролиз воды

Электролиз широко используется в производственной сфере, например, для получения алюминия (аппараты с обожженными анодами РА-300, РА-400, РА-550 и т.д.) или хлора (промышленные установки Asahi Kasei).

В быту этот электрохимический процесс применялся значительно реже, в качестве примера можно привести электролизер для бассейна Intellichlor или плазменный сварочный аппарат Star 7000. Увеличение стоимости топлива, тарифов на газ и отопление в корне поменяли ситуацию, сделав популярной идею электролиза воды в домашних условиях.

Рассмотрим, что представляют собой устройства для расщепления воды (электролизеры), и какова их конструкция, а также, как сделать простой аппарат своими руками.

Что такое электролизер, его характеристики и применение

Так называют устройство для одноименного электрохимического процесса, которому требуется внешний источник питания. Конструктивно это аппарат представляет собой заполненную электролитом ванну, в которую помещены два или более электродов.

Основная характеристика подобных устройств – производительность, часто это параметр указывается в наименовании модели, например, в стационарных электролизных установках СЭУ-10, СЭУ-20, СЭУ-40, МБЭ-125 (мембранные блочные электролизеры) и т.д. В данных случаях цифры указывают на выработку водорода (м3/ч).

Промышленная стационарная электролизная установка, вырабатывающая 40 м3 водорода в час (СЭУ-40)

Что касается остальных характеристик, то они зависят от конкретного типа устройства и сферы применения, например, когда осуществляется электролиз воды, на КПД установки влияют следующие параметры:

  1. Уровень напряжения (минимального электродного потенциала), оно должно быть от 1,8 до 2 вольт, меньшее значение «не запустит» процесс, а большее приводит к чрезмерному расходу энергии, идущей на нагрев электролита. Если в качестве источника используется блок питания, например, на 14 вольт имеет смысл разделить емкость ванны пластинами на 7 ячеек, в соответствии с рисунком 2.Рис 2. Расположение пластин в ванне электролизера

Таким образом, подавая на выходы 14 вольт, мы получим 2 вольта на каждой ячейке, при этом на пластинах с каждой стороны будут разные потенциалы. Электролизеры, где используется подобная система подключения пластин, называются сухими.

  1. Расстояние между пластинами (между катодным и анодным пространством), чем оно меньше, тем меньше будет сопротивление и, следовательно, больший ток пройдет через раствор электролита, что приведет к увеличению выработки газа.
  2. Размеры пластины (имеется в виду площадь электродов), прямо пропорциональны току, идущему через электролит, а значит, также оказывают влияние на производительность.
  3. Концентрация электролита и его тепловой баланс.
  4. Характеристики материала, используемого для изготовления электродов (золото – идеальный материал, но слишком дорогой, поэтому в самодельных схемах используется нержавейка).
  5. Применение катализаторов процесса и т.д.

Как уже упоминалось выше, установки данного типа могут использоваться как генератор водорода, для получения хлора, алюминия или других веществ. Они также применяются в качестве устройств, при помощи которых осуществляется очистка и обеззараживание воды (УПЭВ, VGE), а также проводится сравнительный анализ ее качества (Tesp 001).

А) Установка прямого электролиза воды (УПЭВ); Б) анализатор качества воды Tesp 001

Нас, прежде всего, интересуют устройства, производящие газ Брауна (водород с кислородом), поскольку именно эта смесь имеет все перспективы для использования в качестве альтернативного энергоносителя или добавок к топливу. Их мы рассмотрим чуть позже, а пока перейдем к конструкции и принципу работы простейшего электролизера, расщепляющего воду на водород и кислород.

Устройство и подробный принцип работы

Аппараты для производства гремучего газа, в целях безопасности, не предполагают его накопление, то есть газовая смесь сжигается сразу после получения. Это несколько упрощает конструкцию. В предыдущем разделе мы рассмотрели основные критерии, влияющие на производительность аппарата и накладывающие определенные требования к исполнению.

Принцип работы устройства демонстрирует рисунок 4, источник постоянного напряжения подключен к погруженным в раствор электролита электродам. В результате через него начинает проходить ток, напряжение которого выше точки разложения молекул воды.

Рисунок 4. Конструкция простого электролизера

В результате этого электрохимического процесса катод выделяет водород, а анод – кислород, в соотношении 2 к 1.

Сухие

Конструкция прибора данного типа была показана на рисунке 2, ее особенность заключается в том, что манипулируя количеством ячеек, можно запитать устройство от источника с напряжением, существенно превышающим минимальный электродный потенциал.

Проточные

С упрощенным устройством приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 5. Как видим, конструкция включает в себя ванну с электродами «A», полностью залитую раствором и бак «D».

Рис 5. Конструкция проточного электролизера

Принцип работы устройства следующий:

  • входе электрохимического процесса газ вместе с электролитом выдавливается в емкость «D» через трубу «В»;
  • в баке «D» происходит отделение от электролитного раствора газа, который выводится через выходной клапан «С»;
  • электролит возвращается в гидролизную ванну через трубу «Е».

Мембранные

Основная особенность устройств этого типа – использование твердого электролита (мембраны) на полимерной основе. С конструкцией приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 6.

Рис 6. Электролизер мембранного типа

Основная особенность таких устройств заключается в двойном назначении мембраны, она не только переносит протоны и ионы, а и на физическом уровне разделяет как электроды, так и продукты электрохимического процесса.

Диафрагменные

В тех случаях, когда не допустима диффузия продуктов электролиза между электродными камерами, используют пористую диафрагму (что и дало название таким приборам).

Материалом для нее может служить керамика, асбест или стекло. В некоторых случаях для создания такой диафрагмы можно использовать полимерные волокна или стеклянную вату.

На рисунке 7 показан простейший вариант диафрагменного прибора для электрохимических процессов.

Конструкция диафрагменного электролизера

Пояснение:

  1. Выход для кислорода.
  2. U-образная колба.
  3. Выход для водорода.
  4. Анод.
  5. Катод.
  6. Диафрагма.

Щелочные

Электрохимический процесс невозможен в дистиллированной воде, в качестве катализатора применяется концентрированный раствор щелочи (использование соли нежелательно, так как при этом выделяется хлор). Исходя из этого, щелочными можно назвать большую часть электрохимических устройств для расщепления воды.

На тематических форумах советуют использовать гидроксид натрия (NaOH), который, в отличие от пищевой соды (NaHCO3), не разъедает электрод. Заметим, что у последней имеются два весомых преимущества:

  1. Можно использовать железные электроды.
  2. Не выделяются вредные вещества.

Но, один существенный недостаток сводит на нет все преимущества пищевой соды, как катализатора. Ее концентрация в воде не более 80 грамм на литр. Это снижает морозостойкость электролита и его проводимость тока. Если с первым еще можно смириться в теплое время года, то второе требует увеличения площади пластин электродов, что в свою очередь, увеличивает размер конструкции.

Электролизер для получения водорода: чертежи, схема

Рассмотрим, как можно сделать мощную газовую горелку, работающую от смеси водорода с кислородом. Схему такого устройства можно посмотреть на рисунке 8.

Рис. 8. Устройство водородной горелки

Пояснение:

  1. Сопло горелки.
  2. Резиновые трубки.
  3. Второй водяной затвор.
  4. Первый водяной затвор.
  5. Анод.
  6. Катод.
  7. Электроды.
  8. Ванна электролизера.

На рисунке 9 представлена принципиальная схема блока питания для электролизера нашей горелки.

Рис. 9. Блок питания электролизной горелки

На мощный выпрямитель нам понадобятся следующие детали:

  • Транзисторы: VT1 – МП26Б; VT2 – П308.
  • Тиристоры: VS1 – КУ202Н.
  • Диоды: VD1-VD4 – Д232; VD5 – Д226Б; VD6, VD7 – Д814Б.
  • Конденсаторы: 0,5 мкФ.
  • Переменные резисторы: R3 -22 кОм.
  • Резисторы: R1 – 30 кОм; R2 – 15 кОм; R4 – 800 Ом; R5 – 2,7 кОм; R6 – 3 кОм; R7 – 10 кОм.
  • PA1 – амперметр со шкалой измерения не менее 20 А.

Краткая инструкция по деталям к электролизеру.

Ванну можно сделать из старого аккумулятора. Пластины следует нарезать 150х150 мм из кровельного железа (толщина листа 0,5 мм). Для работы с вышеописанным блоком питания потребуется собрать электролизер на 81 ячейку. Чертеж, по которому выполняется монтаж, приведен на рисунке 10.

Рис. 10. Чертеж электролизера для водородной горелки

Заметим, что обслуживание такого устройства и управление им не вызывает трудностей.

Электролизер для автомобиля своими руками

В интернете можно найти много схем HHO систем, которые, если верить авторам, позволяют экономить от 30% до 50% топлива. Такие заявления слишком оптимистичны и, как правило, не подтверждаются никакими доказательствами. Упрощенная схема такой системы продемонстрирована на 11 рисунке.

Упрощенная схема электролизера для автомобиля

По идее, такое устройство должно снизить расход топлива за счет его полного выгорания. Для этого в воздушный фильтр топливной системы подается смесь Брауна. Это водород с кислородом, полученные из электролизера, запитанного от внутренней сети автомобиля, что повышает расход топлива. Замкнутый круг.

Безусловно, может быть задействована схема шим регулятора силы тока, использован более эффективный импульсный блок питания или другие хитрости, позволяющие снизить расход энергии. Иногда в интернете попадаются предложения приобрести низкоамперный БП для электролизера, что вообще является нонсенсом, поскольку производительность процесса напрямую зависит от силы тока.

Это как система Кузнецова, активатор воды которой утерян, а патент отсутствует и т.д. В приведенных видео, где рассказывают о неоспоримых преимуществах таких систем, практически нет аргументированных доводов. Это не значит, что идея не имеет прав на существование, но заявленная экономия «слегка» преувеличена.

Электролизер своими руками для отопления дома

Делать самодельный электролизер для отопления дома на данный момент не имеет смысла, поскольку стоимость водорода, полученного путем электролиза значительно дороже природного газа или других теплоносителей.

Также следует учитывать, что температуру горения водорода не выдержит никакой металл. Правда имеется решение, которое запатентовал Стен Мартин, позволяющее обойти эту проблему.

Необходимо обратить внимание на ключевой момент, позволяющий отличить достойную идею от очевидного бреда.

Разница между ними заключается в том, что на первый выдают патент, а второй находит своих сторонников в интернете.

На этом можно было бы и закончить статью о бытовых и промышленных электролизерах, но имеет смысл сделать небольшой обзор компаний, производящих эти устройства.

Обзор производителей электролизеров

Перечислим производителей, выпускающих топливные элементы на базе электролизеров, некоторые компании также выпускают и бытовые устройства: NEL Hydrogen (Норвегия, на рынке с 1927 года), Hydrogenics (Бельгия),  Teledyne Inc (США), Уралхиммаш (Россия), РусАл (Россия, существенно усовершенствовали технологию Содерберга), РутТех (Россия).

Источник: https://www.asutpp.ru/chto-takoe-elektrolizer-i-kak-ego-sdelat-svoimi-rukami.html

Электролизер. Виды и типы. Устройство и работа. Применение

Электролиз воды

Электролизер– это специальное устройство, которое предназначено для разделения компонентов соединения или раствора с помощью электрического тока.

Данные приборы широко используются в промышленности, к примеру, для получения активных металлических компонентов из руды, очищения металлов, нанесения на изделия металлических покрытий. Для быта они используются редко, но также встречаются.

В частности для домашнего использования предлагаются устройства, которые позволяют определить загрязненность воды или получить так называемую «живую» воду.

Основа работы устройства принцип электролиза, первооткрывателем которого считается известный зарубежный ученый Фарадей. Однако первый электролизер воды за 30 лет до Фарадея создал русский ученый по фамилии Петров.

Он на практике доказал, что вода может обогащаться в катодном или анодном состоянии. Несмотря на эту несправедливость, его труды не пропали даром и послужили развитию технологий.

На данный момент изобретены и с успехом используются многочисленные виды устройств, которые работают по принципу электролиза.

Что это

Электролизерработает благодаря внешнему источнику питания, который подает электрический ток. Упрощенно агрегат выполнен в виде корпуса, в который вмонтировано два или несколько электродов.

Внутри корпуса находится электролит. При подаче электрического тока происходит разложение раствора на требуемые составляющие.

Положительно заряженные ионы одного вещества направляются к отрицательно заряженному электроду и наоборот.

Основной характеристикой подобных агрегатов является производительность. То есть это количество раствора или вещества, которое установка может перерабатывать за определенный период времени. Данный параметр указывается в наименовании модели. Однако на него также могут влиять и иные показатели: сила тока, напряжение, вид электролита и так далее.

По конструкции анода и расположению токопровода электролизер может быть трех видов, это агрегаты с:

  1. Прессованными обожженными анодами.
  2. Непрерывным самообжигающимся анодом, а также боковым токопроводом.
  3. Непрерывным самообжигающимся анодом, а также верхним токопроводом.

Электролизер, используемый для растворов, по конструктивным особенностям можно условно разделить на:

  • Сухие.
  • Проточные.
  • Мембранные.
  • Диафрагменные.

Устройство

Конструкции агрегатов могут быть различными, но все они работают на принципе электролиза.

Устройство в большинстве случаев состоит из следующих элементов:

  • Электропроводящий корпус.
  • Катод.
  • Анод.
  • Патрубки, предназначенные для ввода электролита, а также вывода веществ, полученных в ходе реакции.

Электроды выполняются герметичными.

Обычно они представлены в виде цилиндров, которые сообщаются с внешней средой с помощью патрубков. Электроды изготавливаются из специальных токопроводящих материалов.

На катоде осаждается металл или к нему направляют ионы отделенного газа (при расщеплении воды).

В цветной промышленности часто применяют специализированные агрегаты для электролиза. Это более сложные установки, которые имеют свои особенности.

Так электролизер для выделения магния и хлора требует ванну, выполненную из стенок торцевого и продольного вида.

Она обкладывается с помощью огнеупорных кирпичей и иных материалов, а также делится с помощью перегородки на отделение для электролиза и ячейку, в которой собираются конечные продукты.

Конструктивные особенности каждого вида подобного оборудования позволяют решать лишь конкретные задачи, которые связаны с обеспечением качества выделяющихся веществ, скоростью происходящей реакции, энергоемкостью установки и так далее.

Принцип действия

В электролизных устройствах электрический ток проводят лишь ионные соединения. Поэтому при опускании электродов в электролит и включении электрического тока, в нем начинает течь ионный ток. Положительные частицы в виде катионов направляются к катоду, к примеру, это водород и различные металлы. Анионы, то есть отрицательно заряженные ионы текут к аноду (кислород, хлор).

При подходе к аноду анионы лишаются своего заряда и становятся нейтральными частицами. В результате они оседают на электроде. У катода происходят похожие реакции: катионы забирают у электрода электроны, что приводит к их нейтрализации.

В результате катионы оседают на электроде. К примеру, при расщеплении воды образуется водород, которые поднимается наверх в виде пузырьков. Чтобы собрать этот газ над катодом сооружаются специальные патрубки.

Через них водород поступает в необходимую емкость, после чего его можно будет использовать по назначению.

Принцип действия в конструкциях разных устройств в целом схож, но в ряде случаев могут быть и свои особенности.

Так в мембранных агрегатах используется твердый электролит в виде мембраны, которая имеет полимерную основу. особенность подобных приборов кроется в двойном назначении мембраны.

Эта прослойка может переносить протоны и ионы, в том числе разделять электроды и конечные продукты электролиза.

Диафрагменные устройства применяются в случаях, когда нельзя допустить диффузию конечных продуктов электролизного процесса. С этой целью применяют пористую диафрагму, которая выполнена из стекла, асбеста или керамики. В ряде случаев в качестве подобной диафрагмы могут применяться полимерные волокна либо стеклянная вата.

Применение

Электролизершироко применяется в различных отраслях промышленности. Но, несмотря на простую конструкцию, оно имеет различные варианты исполнения и функции. Данное оборудование применяется для:

  • Добычи цветных металлов (магний, алюминий).
  • Получения химических элементов (разложение воды на кислород и водород, получение хлора).
  • Очистки сточных вод (обессоливание, обеззараживание, дезинфекция от ионов металлов).
  • Обработки различных продуктов (деминерализация молока, посол мяса, электроактивация пищевых жидкостей, извлечение нитратов и нитритов из овощных продуктов, извлечения белка из водорослей, грибов и рыбных отходов).

В медицине установки используются в интенсивной терапии для детоксикации организма человека, то есть для создания растворов гипохлорита натрия высокой чистоты. Для этого используется устройство проточного вида с электродами из титана.

Электролизные и электродиализные установки нашли широкое применение для решения экологических проблем и опреснения воды. Но эти агрегаты в виду их недостатков используются редко: это сложность конструкции и их эксплуатации, необходимость трехфазного тока и требования периодической замены электродов из-за их растворения.

Подобные установки находят применение и в быту, к примеру, для получения «живой» воды, а также ее очистки. В будущем возможно создание миниатюрных установок, которые будут использоваться в автомобилях для безопасного получения водорода из воды. Водород станет источником энергии, а машину можно будет заправлять обычной водой.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/ustrojstva/elektrolizer/

Электролиз воды

Электролиз воды

  • Перед началом опыта наденьте защитные перчатки и очки.
  • Проводите эксперимент на подносе.
  • При проведении опыта держите поблизости емкость с водой.

Общие правила безопасности

  • Не допускайте попадания химических реагентов в глаза или рот.

  • Не допускайте к месту проведения экспериментов людей без защитных очков, а также маленьких детей и животных.
  • Храните экспериментальный набор в месте, недоступном для детей младше 12 лет.
  • Помойте или очистите всё оборудование и оснастку после использования.

  • Убедитесь, что все контейнеры с реагентами плотно закрыты и хранятся по правилам после использования.
  • Убедитесь, что все одноразовые контейнеры правильно утилизированы.
  • Используйте только оборудование и реактивы, поставляемые в наборе или рекомендуемые текущими инструкциями.

  • Если вы использовали контейнер для еды или посуду для проведения экспериментов, немедленно выбросьте их. Они больше не пригодны для хранения пищи.

Информация о первой помощи

  • В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.

  • В случае проглатывания промойте рот водой, выпейте немного чистой воды. Не вызывайте рвоту. Немедленно обратитесь к врачу.
  • В случае вдыхания реагентов выведите пострадавшего на свежий воздух.
  • В случае контакта с кожей или ожогов промывайте поврежденную зону большим количеством воды в течение 10 минут или дольше.

  • В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химический реагент и контейнер от него.
  • В случае травм всегда обращайтесь к врачу.

Рекомендации для родителей

  • Неправильное использование химических реагентов может вызвать травму и нанести вред здоровью. Проводите только указанные в инструкции эксперименты.

  • Данный набор опытов предназначен только для детей 12 лет и старше.
  • Способности детей существенно различаются даже внутри возрастной группы. Поэтому родители, проводящие эксперименты вместе с детьми, должны по своему усмотрению решить, какие опыты подходят для их детей и будут безопасны для них.

  • Родители должны обсудить правила безопасности с ребенком или детьми перед началом проведения экспериментов. Особое внимание следует уделить безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
  • Перед началом экспериментов очистите место проведения опытов от предметов, которые могут вам помешать.

    Следует избегать хранения пищевых продуктов рядом с местом проведения опытов. Место проведения опытов должно хорошо вентилироваться и находиться близко к водопроводному крану или другому источнику воды. Для проведения экспериментов потребуется устойчивый стол.

  • Вещества в одноразовой упаковке должны быть использованы полностью или утилизированы после проведения одного эксперимента, т.е. после открытия упаковки.

Сколько раз можно сделать «БАХ»?

Много раз! Просто набирайте в бутылочку гремучую смесь и тушите ей свечу.

Свеча не погасла. Что делать?

Вы можете многократно повторять шаги 3 и 4. Попробуйте снова! Дайте реакции электролиза идти подольше, чтобы скопилось побольше газа. Еще можно попробовать изменить угол направления бутылочки на свечу.

Штекер позеленел. Почему?

Металлические части штекера содержат медь. При окислении медь может становиться зеленой.

Пипетка протекает! Что делать?

Сперва отсоедините держатель батареек от электролизёра. Затем осторожно выньте штекер из пипетки. Чтобы устранить протечку, оберните штекер липкой лентой или даже кусочком защитной перчатки. Снова вставьте штекер в пипетку. Если протечка устранена, продолжайте опыт.

Соберем установку для электролиза воды (электролизёр).

Теперь заправим электролизёр водным раствором гидроксида натрия NaOH.

Установим емкость для сбора гремучей смеси и запустим процесс.

Теперь попробуем при помощи реакции кислорода и водорода затушить свечу.

Чтобы повторить опыт, подключите электролизёр к батарейкам и повторите шаги 3 и 4.

В ходе электролиза вода разлагается на два газа: кислород O2 и водород H2. Водорода образуется в два раза больше, чем воды:H2O → O2↑ + 2H2↑Такую смесь газов называют гремучей. Если баночку со смесью поднести к пламени свечи, смесь мгновенно разгорится и при этом потушит свечу.

Твердые отходы эксперимента утилизируйте вместе с бытовым мусором. Растворы слейте в раковину и затем тщательно промойте ее водой.

Химическая формула молекулы воды выглядит как H2O. Это означает, что она состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Баночка как раз наполнена смесью из газообразного водорода и кислорода в отношении 2 к 1, полученной электролизом воды.

Когда эта смесь воспламеняется, тут же запускается реакция образования воды, которая сопровождается характерным хлопком.

Реакция образования воды выглядит довольно просто:

2H2 + O2 → H2O

Однако всё не так уж и просто. Это окислительно-восстановительная реакция, в которой кислород является окислителем (забирает электроны водорода), а водород — восстановителем (отдает свои электроны кислороду):

O2o + 4e- → 2O2-

H2o – 2e- → 2H+

Реакция протекает весьма интенсивно, особенно когда кислород смешивается с водородом в соотношении 1:2, как это было в нашем эксперименте. Это связано с тем, что водяной пар, который мы получили, содержит один атом кислорода и два атома водорода, то есть соотношение как раз равно 1:2.

Как кислород и водород оказались в баночке?

Эти газы появились там благодаря электролизу – процессу, в котором вода под действием электричества разлагается на кислород и водород. В ходе электролиза кислород и водород переходят в газообразную форму в соотношении 1:2. Образуется гремучая смесь, которая и гасит свечу.

Как протекает электролиз?

Для этого процесса нужна щелочная среда, поэтому мы добавляем гидроксид натрия NaOH. Теперь вода может расщепляться на ионы в жидком состоянии:

H2O → H+ + OH-

Щелочная среда повышает концентрацию гидроксид-ионов OH-.

Электролизёр (устройство для электролиза воды) имеет положительно заряженный анод, который притягивает анионы, и отрицательно заряженный катион, который привлекает катионы.

Таким образом, катионы H+ мигрируют к катоду, а анионы OH- — к аноду. Тогда ионы H+ берут электроны с катода и превращаются в водород H2, а гидроксидные ионы OH- отдают свои электроны аноду и превращаются в кислород O2.

В нашем эксперименте электролизёром выступает штекер RCA, в котором металлическое кольцо служит катодом, а штифт — анодом. Однако полюса можно менять, соединяя провода вилки и держателя батареи наоборот — это не повлияет на эксперимент.

Что такое штекер RCA?

Штекер RCA когда-то широко использовался для аудио- и видеосистем. Он может подключить, например, видеопроигрыватель к телевизору. Он по-прежнему используется для некоторого визуального оборудования, но уже не так массово.

Он состоит из двух металлических частей, внешнего кольца, штифта и пластмассового изолирующего кольца между ними.

Отдельные провода подключаются к каждой металлической части: короткие провода —к металлическому кольцу, а длинные — к штифту.

Если поджечь смесь газов О2 и Н2, мы услышим громкий хлопок — так протекает экзотермическая реакция, в ходе которой высвобождается много тепловой энергии. Необязательно использовать чистый кислород из баллона — с водородом, хоть и не так бурно, реагирует и кислород из воздуха.

Смесь водорода и кислорода в соотношении 2:1 (как в молекуле воды — продукте их реакции) благодаря «взрывным» свойствам назвали гремучей. Однако без искры или огня реакция не произойдет. Представьте, сколько энергии может выделиться, если взять те же газы, только сжиженными и в большом количестве!

Реакцию горения водорода используют при запуске ракеты и выведения ее на орбиту. Иными словами, водород и кислород — это жидкое ракетное топливо. Энергии горения достаточно, чтобы оторвать от земли ракету весом в несколько тысяч тонн! Водород выполняет роль горючего, а кислород — окислителя.

Вода (продукт этой реакции) тут же превращается в пар. На таком топливе летали все шаттлы, в том числе Space shuttle, и некоторые модели американской ракеты Delta.

В 2019 году планируется впервые использовать водородное топливо для запуска ракеты Space Launch System, ранее побившей рекорд грузоподъемности на другой горючей смеси.

Пара «Водород+кислород» — самое перспективное жидкое ракетное топливо. Оно намного экологичнее и дешевле, чем керосин, а также эффективнее твердого топлива. Однако и у него есть недостатки. Транспортировка сжиженных газов достаточно сложна и опасна.

Жидкие водород и кислород криогенны, то есть обладают очень низкой температурой (температура кипения жидкого водорода и кислорода примерно -253oC и -183oC соответственно).

Ракетные баки должны иметь хорошую теплоизоляцию, чтобы из них не испарялся водород, ведь если он вступит в реакцию с кислородом воздуха, может произойти взрыв и ракета сгорит еще до старта.

История дирижабля «Гинденбург»

В 1937 году утечка водорода на дирижабле Гинденбург спровоцировала самую масштабную трагедию в истории пассажирского воздухоплавания. При посадке дирижабль загорелся и рухнул на землю, сгорев дотла всего за 34 секунды. По основной версии следствия, был поврежден один из водородных баллонов.

В итоге водород смешался с кислородом воздуха, и образовался гремучий газ. Дирижабль проходил через грозовой фронт, влажность «за бортом»и плохое заземление внутренней оболочки вызвали разность потенциалов и как следствие — искру.

В результате горения водорода образовалось примерно 150 тонн воды, которая немедленно испарилась из-за высоких температур.

После этой катастрофы большинство стран отказалось от дирижаблей как от пассажирского транспорта. Со временем прекратились и разработки воздухоплавательного флота.

Строить дирижабли продолжали лишь в США. Вместо водорода их наполняли гелием. Это инертный невзрывоопасный газ,утечка которого не может стать причиной пожара. Однако вскоре самолеты окончательно заменили громоздкие и малоскоростные воздухоплавательные аппараты.

Источник: https://melscience.com/ru/experiments/oxyhydrogen-us/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

    ×
    Рекомендуем посмотреть