Что будет если провести электролиз соленой воды
Водородное топливо из соленой воды
Океан может вскоре стать ценным источником возобновляемой энергии.
Команда ученых из Стэнфордского университета нашла способ делать водородное топливо из морской воды. Таким образом, океан может стать колоссальным источником чистой энергии.
Ученые могут превратить обычную морскую воду в водородное топливо
Выходом из ситуации стал устойчивый к коррозии анод. Для этого исследователи покрыли его проводящим слоем сульфида никеля и слоем катализатора из железа и никеля. Затем ученые соединили полученный двуслойный анод с катодом и провели электролиз щелочных растворов хлорида натрия и морской воды. Вода не подвергалась никакой очистке и была взята прямо из залива Сан-Франциско.
Как показали эксперименты, без покрытия никелем анод служит примерно 12 часов. Но со слоем никеля он может проработать более тысячи часов. Более того, электролитическая ячейка такого типа является очень энергоэффективной. При плотности тока 800 миллиампер на квадратный сантиметр для электролиза морской воды оказалось достаточно напряжения в два-три вольта. Такое напряжение может обеспечить даже небольшая солнечная панель.
Мы все еще далеки от использования океанской воды в качестве нового источника возобновляемой энергии. И это открытие не было опробовано за пределами исследовательских лабораторий Стэнфорда. Но ученые надеются, что оно проложит путь к более широкому использованию водородного топлива. опубликовано econet.ru
Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
Новое в блогах
новая технология опреснения, позволяющая при помощи электричества вытолкнуть молекулы соли из воды
Светлые головы из Массачусетского технологического института разработали новый метод удаления солей из морской воды, который реализуется весьма просто и посему недорого, а его работа отличается достаточно высокой эффективностью. В одно из экспериментов исследователи обнаружили, что электрический ток с определенными параметрами позволяет в буквальном смысле вытолкнуть ионы растворенных солей из воды и подобная технология сможет оказать огромную пользу в районах, где нарушено обычное водоснабжение в результате стихийных бедствий, техногенных катастроф или военных действий.
Новый процесс опреснения воды позволяет избежать нескольких проблем, связанных с другими, более традиционными методами. В нем не используются фильтры и молекулярные мембраны, которые постоянно забиваются и нуждаются в периодической чистке или замене. Так же применение нового метода позволяет отказаться от кипячения соленой воды, на что уходит поистине огромное количество энергии.
Метод, разработанный группой, возглавляемой профессором Мартином Бэзэнтом (Martin Bazant), получил название ударный электродиализ. В нем не используется мембраны, способные фильтровать ионы натрия, вместо этого в новом методе используется специальный пористый материал под названием фритт, который состоит из небольших стеклянных частиц. По краям фильтра из этого материала находятся два электрода, на которые подается электрический потенциал.
Естественно, когда в зазор между электродами попадает соленая вода, за счет движения ионов между ними начинает протекать электрический ток, и когда этот ток превышает некоторый предел, в среде материала возникают ударные волны, разделяющий поток воды на два потока, которые можно направить по отдельным каналам.
Но самым замечательным является то, что под воздействием электрического тока и ударных волн ионы натрия буквально «выбиваются» в район одного из потоков воды, а во втором потоке остается чистая пресная вода, которая может использоваться для питья и приготовления пищи.
Дополнительным бонусом в этой технологии является то, что электрический ток и ионы хлора убивают различные типы болезнетворных бактерий. Поэтому вода, пройдя через опреснительное устройство, проходит еще и процедуру дезинфекции, что имеет большое значение при использовании установок опреснения в районах стихийных бедствий, где санитарные условия зачастую очень далеки от приемлемых. И в скором времени исследователи из Массачусетса создадут первую экспериментальную установку, которая пройдет «испытания в боевых условиях» при первой же возможности.
Электролиз соленой воды
Запишем уравнение электролиза раствора нитрата серебра:
4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + O2
Количество вещества серебра, образовавшегося на катоде:
n(Ag) = m/M = 2,16 г/108 г/моль = 0,02 моль
На аноде выделился кислород. Количество кислорода можем определить из количества серебра по уравнению реакции:
n(O2) = 1/4·n(Ag) = 1/4 · 0,02 = 0,005 моль
V(O2) = n·Vm = 0,005·22,4 = 0,112 л
Количество вещества азотной кислоты:
n(HNO3) = n(Ag) = 0,02 моль
m(HNO3) = n·M = 0,02 моль·63 г/моль = 1,26 г
Массовая доля азотной кислоты в полученном растворе:
ω(HNO3) = m(HNO3)/*mр-ра = 1,26/250 = 0,005 = 0,5%
Ответ: V(O2) = 0,112 л, ω(HNO3) = 0,5%
Свернуть
2. Провели полный электролиз 200 г раствора хлорида калия с ω(KCl) = 7,45%. К полученному раствору добавили 50 г раствора фосфорной кислоты с ω(H3PO4) = 19,6%. Определите формулу образовавшейся при этом соли.
Запишем уравнение электролиза раствора хлорида калия:
2KCl + 2H2O → 2KOH + Cl2 + H2
При полном электролизе вступит в реакцию весь хлорид калия. Определим массу и количество вещества хлорида калия:
m(KCl) = mр-ра (KCl) ·ω(KCl) = 200 г · 0,075 = 14,9 г
n(KCl) = m/M =14,9 г / 74,5 г/моль = 0,2 моль
Определим количество образовавшейся щелочи:
n(KOH) = n(KCl) = 0,2 моль
Определим количество фосфорной кислоты:
m(H3PO4) = mр-ра (H3PO4) ·ω(H3PO4) = 50 г · 0,196 = 9,8 г
n(H3PO4) = m/M =9,8 г / 98 г/моль = 0,1 моль
При взаимодействии фосфорной кислоты с щелочью возможно образование трех типов солей:
H3PO4 + KOH → KH2PO4 + H2O
H3PO4 + 2KOH → K2HPO4 + 2H2O
H3PO4 + 3KOH → K3PO4 + 3H2O
При соотношении кислоты и щелочи n(H3PO4):n(KOH) = 0,1:0,2 или 1:2 протекает вторая реакция и образуется гидрофосфат калия. Количество вещества гидрофосфата калия равно:
n(K2HPO4) = n(H3PO4) = 0,1 моль
Решение и ответ
3. В процессе электролиза 500 мл раствора гидроксида натрия с ω(NaОН) = 4,6% (ρ = 1,05 г/мл) массовая доля NaОН в растворе увеличилась до 10%. Вычислите объёмы газов (н. у.), выделившихся на электродах.
Всё на самом деле намного проще
Я не силён в подобных вапросах, но точно знаю, что ещё в 80-х годах именно электрофорезом раствора поваренной соли получали гипохлорит натрия на одной из кафедр медицинского института. И что и сегодня подобный электрофорез является основным методом его получения в промышленных масштабах.
Ученые создали топливо из морской воды и солнечной энергии
Исследователи научились добывать водород из морской воды без необходимости ее опреснять.
Считая это «Священным Граалем» энергетики, экономическое и эффективное преобразование воды в водород и кислород через электролиз было целью для ученых на протяжении десятилетий. В одном килограмме водорода примерно в два с половиной раза больше энергии, чем в природном газе. А самое важное то, что продукт его горения – это вода.
В будущем водород может питать все: от автомобилей до жилых комплексов. Но его добыча из воды в глобальных масштабах может резко сократить запасы питьевой воды, пишет Newsweek.
Помня о всех этих реалиях, команда химиков Стэндфордского университета разработала способ конвертации морской воды, на которую приходится 97% запасов жидкости на Земле, в водород. Традиционное устройство для электролиза состоит из двух металлических электродов: анода и катода, — помещенных в электролитный раствор и разделенных мембраной. Когда ток проходит через раствор, пузырьки кислорода поднимаются над анодом, а водород – над катодом. Чтобы минимизировать количество энергии, необходимой для высвобождения водорода из воды, оба электрода обычно покрывают катализатором.
Устройство, разработанное командой из Стэндфордского университета, во многом похожа на коммерческое устройство электролиза. Но он все же содержит два критически важных отличия, которые позволяют ему работать с соленой морской водой вместо чистой. Соль, как известно, состоит из атомов хлора с отрицательным зарядом и атомов натрия с положительным зарядом. Собственно, именно хлор в соленой морской воде создавал серьезный вызов для ученых, которые надеялись добывать из нее водород. Поскольку, он быстро вызывает коррозию металлического анода.
Соль, конечно, можно убрать из состава морской воды. Но для этого нужно потратить дополнительную энергию для интенсивного процесса дистилляции. Чтобы избежать этого, команда из Стэндфордского университета разработала электроды, способные выдержать жесткие условия.
Они предложили, чтобы анод состоял из токоприемника из пористого никельного пенопласта, покрытого активным и дешевым катализатором из никеля и железа. Катализатор сам подвергается коррозии. Но металлический проводник под ним более активен и легче изнашивается под действием хлора.
Чтобы решить эту проблему, ученые нашли способ подавить миграцию ионов хлора по слою катализатора и не позволить им достичь металлического проводника. Хитрость была в том, чтобы добавить отрицательно заряженные сульфатные и карбонатные молекулы в слой катализатора, а также в месте соединения катализатора с металлом. Поскольку молекулы с одинаковым зарядом отталкивают друг друга, ионы сульфата и карбона блокировали вредный хлор и позволяли электроду работать без коррозии.
Стабилизированный анод оказался способным проводить электролиз соленой морской воды на протяжении тысячи часов и с такой же эффективностью, как и промышленные устройства для таких процессов. Исследователи тогда искусственно увеличили соленость воды в три раза в сравнении с морской. Но измененное устройство электролиза все равно было стабильным на протяжении еще тысячи часов. Чтобы добыча водорода из морской воды была экологически чистой, ученые предложили использовать в процессе электролиза электроэнергию из возобновляемых источников, таких как солнечные электростанции.
Водородное топливо из морской воды: теперь — дешево и просто
Благодаря исследователям из Стэнфорда, уже в ближайшем будущем может появиться новый универсальный рецепт водородного топлива: соленая вода, солнечная энергия и пара электродов. Ученые разработали доказательство концепции отделения водорода от кислорода в морской воде с помощью электричества.
Но к чему все эти сложности, если можно просто использовать очищенную воду? Хонцзе Дай, профессор химии из Стэнфорда, поясняет это прямо: для создания достаточного количества водорода нужно столько воды, что ее очистка потребует очень больших затрат – это совершенно невыгодно. Однако, если использовать соленую воду, то эра водородного топлива может наступить намного раньше, чем мы привыкли считать.
Разрушение воды с образованием водорода и кислорода называется «электролиз». Этому научному методу уже очень много лет: впервые его описал сам Майкл Фарадей в 1834 году, и с тех пор ученые пользуются его трудами. Благодаря источнику питания, к которому подключены два электрода (опущенные противоположными концами в воду), ученые могут расщеплять молекулы воды. В результате на катоде образуется поток водорода, а на аноде – поток кислорода.
Для пресной воды этот метод работает безукоризненно, а вот в соленой воде электроды понемногу разрушают хлориды, что заметно ограничивает срок службы системы. Однако Дай вместе со своей командой придумал, как решить эту проблему. Исследователи поняли, что если анод будет покрыт отрицательно заряженным веществом, то оно будет отталкивать ионы хлора (тоже обладающие отрицательным зарядом) и тем самым снижать скорость распада металла.
Для этих целей они создали ядро из никелевой пены, поверх которого нанесли слой гидроксида никеля и железа, а затем слой сульфида никеля. В результате, сердечник из пены действует как проводник, в то время как гидроксид никеля и железа способствует процессу электролиза. Для сравнения: без отрицательно заряженного слоя такая система проработает 12 часов, потому что морская вода – очень агрессивная среда. Зато с ней электрод живет до 1000 часов и даже больше!
Приятное отличие новой системы также заключается в ее простоте. Если с ее помощью можно отделить водород от кислорода, то последний обеспечит подводной лодке и даже портативному гидрокостюму практически неисчерпаемый источник ценного ресурса. Более того, по словам Дая, уже существующие системы электролиза можно быстро и довольно дешево переоборудовать под новую модель – это гораздо проще, чем начинать с нуля, ведь 90% работы фактически уже сделано.