Реактор CO2

Аватара пользователя
alwspb
Житель
622 481
СПб

Реактор CO2

#130062

Сообщение alwspb » 28 сен 2011, 14:21

Я прошу прощения, что поднимаю старую тему. Моя реплика на новую тему не тянет, а дополнить обсуждаемое, мне кажется, стоит.
Почему везде получение углекислого газа электролизом связывают с окислением графитовых электродов? Я не спорю, на аноде происходит такой процесс, но ведь основная часть CO2 получается по реакции:
4HCO3(-) -> 4CO2 + O2 + 2H2O + 4e
Не спорю, там есть конкурирующий процесс:
4HO(-) -> O2 + 2H2O + 4e
Чем выше концентрация гидрокарбоната, тем сильнее на аноде выражен первый процесс и тем слабее - второй. А при условии насыщенного раствора пищевой соды концентрация гидрокарбоната будет выше концентрации гидроксила порядков на 5.
Лучше всего сыпануть большое количество гидрокарбоната, чтобы раствор всегда был насыщенным.
При этом на катоде идет образование гидроксил-иона:
2H20 + e -> 2OH(-) +H2
И гидроксил-ион тут же связывается гидрокарбонатом, переводя того в карбонатную форму. Иначе говоря, в процессе реакции гидрокарбонат расходуется. Вода, кстати, в этих реакциях суммарно на аноде и катоде не расходуется совсем, а даже выделяется, впрочем, она еще улетает с выделяющимися газами.
Таким образом, осадок нерастворенного гидрокарбоната будет постепенно растворяться, переходя в карбонат, растворимость которого существенно выше.
Как осадок пропадет - значит надо менять электролит. Иначе доля углекислого газа начнет падать. Кстати, по расчету там должно получаться в объемных долях 2/3 CO2 и по 1/6 кислорода и водорода (я не разделял мембраной анод и катод, пусть все газы выходят вместе, водород ведь не мешает). Количественный анализ я не проводил - у меня нет под рукой газового хроматографа. Но качественные реакции на углекислый газ дают четкий ответ - CO2 выделяется (пропускание этого газа через раствор гидроксида кальция или ацетата свинца дает выделение осадка).
А регулировать скорость потока углекислого газа надо силой тока. Для этого снаружи надо поставить переменный резистор подходящей мощности и сопротивления (порядка 200 Ом - 1кОм, в зависимости от расстояния между электродами). Без резистора при расстоянии между электродами около 1 см в насыщенном растворе гидрокарбоната натрия при прикладывании 16В получался ток около 1.3А. То есть сопротивление раствора было примерно 12 Ом. Раствор при этом заметно нагревался, ну понятно - 20Вт в него вкачивается.
Чтобы электроды не разрушались, их надо делать из инертного материала. Графит подходит плохо (разрушается). Идеально - платина, но сами понимаете... Я сначала попробовал титан, но он сразу пассивируется и электролиз не идет. А нержавеющая сталь работает хорошо, хотя тоже понемногу растворяется, конечно - раствор зеленеет от растворенного железа. Но хватит надолго.
Вот.
Таким образом, недостатки, перечисленные в сообщении 55:
1) герметичность
вообще не проблема. Электроды вклеиваются эпоскидкой в отверсия в стеклянной банке, или пропускаются через резиновую пробку - много есть способов.
2) замена электродов
очень редко для нержавеющей стали и никогда - для платины :)
3) подбор электролита(иначе будет просто электролиз воды -разложение на кислород и водород)
никаких сложностей. Высыпал в электролизер полкило соды и добавил поллитра воды - хватит надолго
4) низкая производительность(при высоком РН это как мертвому припарка)Вобщем не стоит заморачиватся.Для дома намного проще химический или брагу.А для высоких уровней Рн только балонная система.
Тут мне сложно прокомментировать. А какая производительность должна считаться не низкой? Тот электролизер, что я описал, на предельном токе без токоограничивающего резистора за 3 минуты выдал 70 мл газа, то есть около 45 мл в пересчете на чистый CO2. То есть почти литр CO2 в час. Мало?
Что касается браги и химического генератора - не понравились они мне :) Неэлегантно.

Написанное мною выше - теория и практика в плане конструирования описанного генератора. Я сделал электролизер, подобрал материалы и убедился, что выделяется CO2. На аквариуме не испытывал, потому что аквариума у меня раньше не было, а сейчас я его только собираю.
Аватара пользователя
Slavkin
Свой на форуме
270 430
Новосибирск, ул. Сиреневая

Реактор CO2

#130064

Сообщение Slavkin » 28 сен 2011, 14:38

alwspb писал(а): Кстати, по расчету там должно получаться в объемных долях 2/3 CO2 и по 1/6 кислорода и водорода (я не разделял мембраной анод и катод, пусть все газы выходят вместе, водород ведь не мешает)...
...при расстоянии между электродами около 1 см в насыщенном растворе гидрокарбоната натрия при прикладывании 16В получался ток около 1.3А.
А теоретическую производительность электролиза посчитать можно? Сколько при 16В 1,3А (20Вт) выделяется СО2 (в молях или мг или мл) ?


Ю.В.
Профессионал
24981 11152
Киев

Реактор CO2

#130086

Сообщение Ю.В. » 28 сен 2011, 15:46

alwspb писал(а):и по 1/6 кислорода и водорода (я не разделял мембраной анод и катод, пусть все газы выходят вместе, водород ведь не мешает)
Гремучая смесь там образоваться не может при неудачном раскладе?
Аватара пользователя
alwspb
Житель
622 481
СПб

Реактор CO2

#130092

Сообщение alwspb » 28 сен 2011, 16:01

Во-первых, гремучая смесь - это два объема водорода с одним объемом кислорода. Здесь соотношение объемов водорода и кислорода 1:1. В принципе, это тоже смесь горючая, но это не гремучая смесь. К тому же, объемы водорода и кислорода весьма и весьма малы. Да плюс ко всему - эти газы очень сильно разбавлены углекислым газом. И цепная реакция взаимодействия между водородом и кислородом должна гаситься молекулами CO2.

Во-вторых, давайте посчитаем выход CO2 теоретически в описанных мною условиях. Ток 1.3А за час даст 1.3*3600=4680 Кулон. Это составляет 4680/1.6e-19 = 2.46e22 электронов или 2.46e22/6e23=0.041 моля CO2. Или же 0.041*22.4=0.918 литра углекислого газа в час. Что очень хорошо согласуется с измеренными мною цифрами.

Хотя, такое схождение несколько случайно :) Я не думал, что меня попросят посчитать и провел эксперимент несколько наспех. В частности, засекал время при замере объема выделившегося газа при помощи часов в углу экрана монитора. А это, сами понимаете +-1 минута. При общем времени отбора газа в 3 минуты погрешность составит 33%.
Аватара пользователя
alwspb
Житель
622 481
СПб

Реактор CO2

#130181

Сообщение alwspb » 28 сен 2011, 21:37

Заметил у себя небольшую погрешность - в полуреакции на катоде нужно 2 электрона, а не 1, как я написал (и не 4, как я почему-то учел в расчетах :). То есть на самом деле пропорции водорода и кислорода - 2 к 1, как в гремучей смеси. Хотя, как я писал выше, сильно разбавлено углекислым газом, так что не опасно.
И в итоговом газе пропорции всех газов все-таки такие:
CO2 4/7
H2 2/7
O2 1/7
Ну и остальные расчеты можно подправить чуть, ничего принципиально, впрочем, не меняется.

Да уж, время не щадит и 17 лет с момента выпуска с химфака даром не прошли. Я с тех пор электрохимией никогда не занимался, только аналитической химией...
Ю.В.
Профессионал
24981 11152
Киев

Реактор CO2

#130184

Сообщение Ю.В. » 28 сен 2011, 21:43

alwspb писал(а):На аквариуме не испытывал, потому что аквариума у меня раньше не было, а сейчас я его только собираю.
Очень интересно увидеть практическое применение. Если надумаетесь делать не экспериментальную установку, а рабочую- маякните- закину Вам несколько "загадок". Возможно, их отгадка позволит создать генератор быстрее и легче. Старожилы форума знают, сколько времени я потратил на то, чтобы вытеснить брагу со всеми ее недостатками. ИМХО- электролитическая установка, при условии решения некоторых "узких мест" отправит на скамью запасных баллон . Удачи. :dr_ink:
Аватара пользователя
alwspb
Житель
622 481
СПб

Реактор CO2

#130192

Сообщение alwspb » 28 сен 2011, 21:52

Обязательно сфотографирую и выложу. Тем более, что цивильный электролизер я уже начал делать. Пока что экспериментировал на временных установках.

Вообще, немного забавно получается - одновременно делаю:
1) аквариум (заказал стекло, буду клеить)
2) электролизер (ну это я описывал выше)
3) внутренний фильтр из полипропиленовой трубы с керамзитом и цеолитом
4) освещение (сверхяркие светодиоды уже заказал на dealextreme)
Аватара пользователя
финн
Житель
912 364
Санкт-Петербург

Реактор CO2

#130196

Сообщение финн » 28 сен 2011, 21:54

Бредовая конструкция и реакция непонятная- та что на схеме. И как в этом случае отводить водород? На схеме только один электрод из углерода, второй из стали. И откуда давление, чтобы прокачивать реактор?
Ю.В.
Профессионал
24981 11152
Киев

Реактор CO2

#130200

Сообщение Ю.В. » 28 сен 2011, 21:57

финн писал(а):И откуда давление, чтобы прокачивать реактор?
Это была первая "загадка" :hi_hi_hi:
финн, я бы не был столь категоричен- варианты решения есть)
Аватара пользователя
alwspb
Житель
622 481
СПб

Реактор CO2

#130220

Сообщение alwspb » 28 сен 2011, 22:30

1) зачем отводить водород? Он чему-то мешает? Подается в аквариум в смеси с остальными газами и спокойно себе пробулькивает. Растворимость в воде у него все равно очень низкая.
2) давление создают выделяющиеся газы в ходе реакции. Чтобы прокачать шланги и глубину воды сантиметров в 50 достаточно довольно низкого давления 100-200 мм рт. ст. Такое давление выдержит любая бутылка, куда будут засунуты электроды и организована более-менее приличная пробка.
Ю.В.
Профессионал
24981 11152
Киев

Реактор CO2

#130226

Сообщение Ю.В. » 28 сен 2011, 22:43

Раз уж зашла об этом речь, то мой "пятак". ИМХО, при такой схеме (низкого давления) подавать можно только через нечто с низким местным сопротивлением- реактор Зверева или Сержа, распылитель и т.д. Ни о каких диффузорах, рябинах и т.д., что требует повышенного стабильного давления не может быть речи. И в этом проблема. Нужно каким-то образом синхронизировать выработку газа и расход его- то ли подрывной клапан и выпускать в атмосферу, то ли какой-то датчик давления, прекращающий подачу тока, то ли еще что-то. Да и при подаче через реактор достаточно сложно синхронизироваться- нужно что-то придумать. Есть мысли?
Аватара пользователя
alwspb
Житель
622 481
СПб

Реактор CO2

#130227

Сообщение alwspb » 28 сен 2011, 22:47

Я не могу ответить на этот вопрос без экспериментальных данных. Соберу и, если будет возможность, проверю работу на повышенном давлении. Только нужны цифры. Какое давление необходимо? 1 избыточная атмосфера? 2? Больше?
Ю.В.
Профессионал
24981 11152
Киев

Реактор CO2

#130231

Сообщение Ю.В. » 28 сен 2011, 22:51

alwspb писал(а):Какое давление необходимо?
Должна быть возможность регулировки. Рябину продавливает на 0,5-1,5 атм- смотря какая ветка, про диффузоры рассказывают о 2-х, хотя я не пользовался. И синхронизация по выработке и расходу!
Аватара пользователя
alwspb
Житель
622 481
СПб

Реактор CO2

#130240

Сообщение alwspb » 28 сен 2011, 23:12

Я в этом деле не опытен, но спрошу. А зачем нужен диффузор в данном случае? Диффузор повышает эффективность растворимости газа - это понятно. Но ведь вместо установки диффузора можно банально увеличить расход газа. И не надо будет повышенного давления.
Ю.В.
Профессионал
24981 11152
Киев

Реактор CO2

#130242

Сообщение Ю.В. » 28 сен 2011, 23:25

Газ надо экономить))) Баллон заправлять, реактивы перезаряжать, брагу мутить- отсюда устройства для растворения газа взялись. Если у Вас он получится дармовой- можно и не экономить)) Но, сколько его, при этом, в атмосферу (например, в жилую комнату) улетит? Вместе с водородом (вот мучает меня этот водород! :hi_hi_hi: )
Аватара пользователя
alwspb
Житель
622 481
СПб

Реактор CO2

#130245

Сообщение alwspb » 28 сен 2011, 23:34

А какой расход CO2 типичен для домашнего аквариума?
Меня, если честно, водород совсем не напрягает. Он очень легкий, очень проникающий. Абсолютно безвредный. В помещении не задерживается.

По ресурсу. Полкило пищевой соды это 6 молей. Это 134 литра газообразного CO2. По моим представлениям, можно не экономить.
Аватара пользователя
Polegen
Новичок
7
Сибирь, Сургут

Реактор CO2

#130249

Сообщение Polegen » 28 сен 2011, 23:46

с системами подачи СО2 используют "счётчик пузырьков" например сделаный на базе капельницы . расход в среднем 1 пузырёк в секунду
Ю.В.
Профессионал
24981 11152
Киев

Реактор CO2

#130251

Сообщение Ю.В. » 28 сен 2011, 23:46

alwspb писал(а):Это 134 литра газообразного CO2
Переведите, если можно, в литры сжиженного
alwspb писал(а):А какой расход CO2 типичен для домашнего аквариума?
Примем условно 1 пуз/ сек по счетчику пузырьков. Ф 4мм. Это количество может меняться обычно от 1 пуз/ 3-4 сек, до 3-4 пуз/сек- от задач. стоящих перед аквариумом и качества растворения.
Аватара пользователя
alwspb
Житель
622 481
СПб

Реактор CO2

#130256

Сообщение alwspb » 28 сен 2011, 23:56

6 молей CO2 - это 264 грамма. Сжижженный, насколько я помню имеет плотность около 0.7 г/см3. Значит это 350-400 мл сжижженного.

Пузырек диаметром 4 мм - это объем 33 мкл, или 0.033 мл. Значит диапазон 1 пуз/ 3-4 сек, до 3-4 пуз/сек означает расход от 30 мл/час до 500 мл/час.
Значит, озвученного мной объема с единичной загрузки описанного электролизера хватит на срок от 11 суток до 6 месяцев непрерывного пробулькивания. Ну не фонтан, наверное... Хотя и не совсем плохо.
Ю.В.
Профессионал
24981 11152
Киев

Реактор CO2

#130258

Сообщение Ю.В. » 29 сен 2011, 00:05

Ну, хочу Вам сказать, что на 50 граммах соды мой генератор в режиме 1 пуз/сек работает неделю круглосуточного бульканья 1 пуз/сек. 500 грамм, соответственно, 10 недель- считайте те же Ваши 2.5-3 месяца. У Вас чуть больше. Если решите проблемы управления подачей- будет намного удобнее))

Вернуться в «Аквариумные самоделки»