Waterstofgenerator en -brander

Over de instrumenten en chemicaliën in het chemisch laboratorium.
User avatar
Reap
Argon
Posts: 681
Joined: 15 Sep 2011, 16:03
Chemistry interests: Inorganic
Location: Regio Eindhoven

Waterstofgenerator en -brander

Post by Reap » 07 Dec 2011, 15:07

Alleen een generator is al genoeg. :)
Brander gedeelte kan ik misschien zelf in elkaar knutselen, maar eerst een goede flashback arrestor vinden, tot nu toe een spons gebruikt.

single cell, H2 brandertje, het effect van de buis verwarmen:
http://s89.photobucket.com/albums/k235/ ... G_0237.mp4.
dual cell, H2 brandertje, het effect van de vlam op aluminiumfolie:
http://s89.photobucket.com/albums/k235/ ... G_0258.mp4.

Ik ben wel geïntresseerd in dat generator model omdat ik dat ook geprobeerd heb.
Met elektrolyse was ik er niet zo blij mee dat ik ook Cl produceerde, de elektrodes corrodeerde en de opbrengst was niet hoog genoeg om een vlam brandende te houden (NaCl als elektrolyt, te hoog voltage gebruikt denk ik). Door de bubbler kreeg ik kleine plofjes. (een bubbler heeft een minimale druk nodig voordat het gas doorlaat, dus als de gasflow laag is krijg je afzonderlijke bubbeltjes ipv. een stroom aan bubbeltjes).
Vervolgens ben ok ip NaOH + Alu folie overgegaan en dat leverde een stuk meer gas op. Alleen kwam er nu een ander probleem om de hoek kijken: om de hoeveelheid gas een beetje fatsoenlijk te houden werden de cellen te warm en het glas van de pasteurpipet (het tuutje waar de vlam uit komt) begon te smelten.

Het zou wel leuk zijn als ik met een H2 generator de oven kon laten branden! Alleen heb ik denk ik dan een erg hoge gasflow nodig. Ik ben ook een beetje bang dat het moeilijk wordt aan te steken. En gas als brandstof is gewoon gevaarlijker vind ik.

Met metalen kroezen ben ik bang dat ik het bismuth en eventueel andere metalen die ik wil reduceren/smelten een legering aangaan.

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Zelfgemaakte oven

Post by spidey » 07 Dec 2011, 17:26

Reap wrote:Alleen een generator is al genoeg. :)
Brander gedeelte kan ik misschien zelf in elkaar knutselen, maar eerst een goede flashback arrestor vinden, tot nu toe een spons gebruikt.

single cell, H2 brandertje, het effect van de buis verwarmen:
http://s89.photobucket.com/albums/k235/ ... G_0237.mp4.
dual cell, H2 brandertje, het effect van de vlam op aluminiumfolie:
http://s89.photobucket.com/albums/k235/ ... G_0258.mp4.

Ik ben wel geïntresseerd in dat generator model omdat ik dat ook geprobeerd heb.
Met elektrolyse was ik er niet zo blij mee dat ik ook Cl produceerde, de elektrodes corrodeerde en de opbrengst was niet hoog genoeg om een vlam brandende te houden (NaCl als elektrolyt, te hoog voltage gebruikt denk ik). Door de bubbler kreeg ik kleine plofjes. (een bubbler heeft een minimale druk nodig voordat het gas doorlaat, dus als de gasflow laag is krijg je afzonderlijke bubbeltjes ipv. een stroom aan bubbeltjes). (...)
Mijn opstelling wordt 100% zeker electrolyse. De reden is dat daarmee de productie mooi gelijkmatig kan worden geregeld en je heel snel kunt starten/stoppen met produceren. Het kiezen van de juiste electrolyt is een onderwerp op zich.

Hoe heb je het waterstof voor dat brandertje gemaakt? Het brandt met een natrium-gele vlam, terwijl waterstof/knalgas met een lichtzwakke lichtblauw-paarse vlam brandt.

Interessant voor mij: hoe ziet die bubbler er uit?
Reap wrote:Met metalen kroezen ben ik bang dat ik het bismuth en eventueel andere metalen die ik wil reduceren/smelten een legering aangaan.
Ja, klopt. Als je in de buurt komt van de eutectische temperatuur gaat het oplossen.

User avatar
Reap
Argon
Posts: 681
Joined: 15 Sep 2011, 16:03
Chemistry interests: Inorganic
Location: Regio Eindhoven

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by Reap » 07 Dec 2011, 19:07

Ik heb in een frisdrankfles dop een gat gemaakt waar net een koperdraadisolatie slangetje doorheen kan.
Daar heb ik wat NaOH in een Etos acetonflesje gedaan (laagje van 0,5 cm).
Ik heb van aluminiumfolie bolletjes gemaakt. (reactiesnelheid beperken en dus zorgen voor een langere duur voordat het brandstof op is.)
Water in het Etos flesje gedaan tot net iets boven de helft van de hoogte.
En aluminiumbolletjes op gevoel toegevoegd.

De bubbler heb ik uit een nagellak remover flesje gemaakt omdat die mooi toeloopt.
Zelfde manier als de generator zelf, maar 2 gaten.
In 1 gat komt het slangetje tot 1 cm boven de bodem. Het andere gat komt het slangetje net geen centimeter in het flesje. (voorkomen van vloeistof in de slang).

Het hele "geval":
http://i89.photobucket.com/albums/k235/ ... G_0526.jpg.
Bubbler close up met backlight:
http://i89.photobucket.com/albums/k235/ ... G_0528.jpg.

@ vlamkleur:
Ja inderdaad dit viel mij ook op en was erg verrast. zoals je ziet in 1 van de filmpjes wordt de vlam spits en minder geel van kleur.
Dit gebeurd doordat ik het buisje verwarm met een aansteker vlam. (ik denk dat dit de flowsnelheid verhoogd door een verhoogde druk, en het waterstof voorverwarmd is en dus nog reactiever is).
Omdat het gas dus denk ik sneller uit het buisje komt zal er ook meer buitenlucht meegezogen worden en dus is er ook meer zuurstof beschikbaar.

Er komt waarschijnlijk ook waterdamp mee, of misschien doet het waterstof iets met het sponsje dat ik als flashback arrestor gebruik.
(op de testjes die ik voorheen gedaan heb, die volgensmij zonder flashback arrestor waren en met H2SO4, was de vlam wel kleurloos.)

Er is nog een mogelijkheid:
Aerosol vorming.

Ik weet da Na+ ionen zeer snel een kleur aan een vlam toevoegen, zelfs in lage concentraties.
Dus ook al wordt er wat NaOH meegenomen naar de bubbler, dat de concentratie daar al snel hoog genoeg is om kleur te veroorzaken in de vlam.

User avatar
Reap
Argon
Posts: 681
Joined: 15 Sep 2011, 16:03
Chemistry interests: Inorganic
Location: Regio Eindhoven

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by Reap » 07 Dec 2011, 19:41

Hmm nieuw idee:

Chicken tonight pot maak ik gaten in mbv hamer en een schroef/spijker.
1 gat als outlet, 2 gaten voor elektrodes.
mijn keuze wordt koperdraad omdat dat het beste is wat ik beschikbaar heb.
elektrolyt water met wat H2SO4. (geen chloorgas productie)


De reden dat ik voor de chemische H2 productie koos is ook omdat er dan geen H2 en O2 gemengd is voordat het bij de vlam komt, en dus de kans op explosies een stuk kleiner is.

User avatar
Reap
Argon
Posts: 681
Joined: 15 Sep 2011, 16:03
Chemistry interests: Inorganic
Location: Regio Eindhoven

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by Reap » 08 Dec 2011, 12:39

Ik heb gisteravond een H2/O2 generatortje gebouwd (dus geen scheiding van de gassen). Ik ben alleen nog niet tevreden met de opbrengst. Meer H2SO4 toevoegen hielp niet. Meerdere kabeltjes van de voeding naar de elektrodes werkte ook niet (zorgde er wel voor dat de kabeltjes minder warm werden). Maar er zitten meerdere aansluitingen van hetzelfde voltage op de voeding (oude computer PSU). ik gebruik nu 1 rood kabeltje (3,3V -> 25A max als ik het me goed herinner). Ik denk niet dat 1 van de X rode kabeltjes op de stekker 25A levert. dus ik zal er vanavond nog een rood kabeltje aansluiten om te kijken of dit de gasproductie verhoogd. Ik heb nu een vlammetje van grofweg 1,5mm lang en 1mm diameter (cilindervorm). Ik heb deze gewbouwd door met een hamer en een schroef 3 gaten in de deksel van een chicken tonight pot te maken. De middelste gebruik ik om het gas uit de pot te laten lopen door tube die ik gemaakt heb van het plastic van 2,5mm^2 koperdraad.

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 08 Dec 2011, 13:45

Je gebruikt gewoon koperdraad als electrodes? Normaalgesproken wordt dit gebruikt als methode om koper middels electrolyse op te lossen in zwavelzuur, zie ook Z4x zijn experimeten hiermee. Ik zou tenminste de anode van een niet oplosbaar materiaal maken, bijvoorbeeld een grafietstaaf. Het kan zijn dat er niets oplost omdat je met lage spanningen werkt. Ik ben zelf van plan om gewoon de 5V of 12V te gebruiken en een geschikte electrodeafstand te kiezen. (Natuurlijk liefst zo groot mogelijke stromen vanwege de opbrengst.)

Natriumbicarbonaat wordt trouwens ook wel als electrolyt gebruikt. Maar ik vrees dat er dan wel eens wat CO2 in de gassen kan komen. Ik wil zelf experimenteren met natriumsulfaat of lithiumsulfaat; ik ben bang dat met zuren er hoe dan ook corrosie optreedt bij grote stroemen. Het liefst zou ik het met MMO electrodes uitvoeren, alleen kan ik die de laatste tijd niet vinden (een jaar geleden zag ik ze vaker op ebay).

User avatar
Reap
Argon
Posts: 681
Joined: 15 Sep 2011, 16:03
Chemistry interests: Inorganic
Location: Regio Eindhoven

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by Reap » 08 Dec 2011, 16:30

Je gebruikt gewoon koperdraad als electrodes? Normaalgesproken wordt dit gebruikt als methode om koper middels electrolyse op te lossen in zwavelzuur, zie ook Z4x zijn experimeten hiermee. Ik zou tenminste de anode van een niet oplosbaar materiaal maken, bijvoorbeeld een grafietstaaf. Het kan zijn dat er niets oplost omdat je met lage spanningen werkt. Ik ben zelf van plan om gewoon de 5V of 12V te gebruiken en een geschikte electrodeafstand te kiezen. (Natuurlijk liefst zo groot mogelijke stromen vanwege de opbrengst.)
Klopt, ik heb met deze methode behoorlijk wat CuSO4 gemaakt. Het enige materiaal dat ik geschikt heb als anode (oxidatie reactie toch?) is inderdaad een grafiet staaf, alleen deze corrodeerd erg snel, en maakt de vloeistof zwart en het wordt gewoon een grote zooi, ik denk dat het dan beter is af en toe de polariteit te wisselen/nieuwe elektrodes te maken (heb nog zat koperdraad).

Ik dacht dat koper eerder reageert dan dat er waterstof/zuurtstof ontstaat en dit principe gebruikt werdt in elektrogravimetrie?

Zou je ook geen NaCl kunnen gebruiken als elektrolyt en het voltage zo kiezen dat Cl niet geoxideerd wordt maar H+ wel gereduceerd en OH- geoxideerd? (het is allemaal zo lang geleden)

User avatar
Reap
Argon
Posts: 681
Joined: 15 Sep 2011, 16:03
Chemistry interests: Inorganic
Location: Regio Eindhoven

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by Reap » 08 Dec 2011, 16:57

2 kabeltjes verhoogt de productie duidelijk.
Het vlammetje is nu net sterk genoeg om een lucifer stokje aan te steken.

Ik vermoed dat er behoorlijk wat energie gaat zitten in de oxidatie en reductie van koper, omdat ik het idee heb dat mijn opbrengst erg laag is. klopt dat?

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 08 Dec 2011, 20:22

Dat laat zich uitekenen, maar je moet je stroomsterkte weten. Ik heb wel de indruk dat je rendement niet zo hoog is. Heb op youtube wel filmpjes gezien die flink wat gas opleveren bij pakweg 100W vermogen (ruim voldoende voor wat ik wil, in elk geval). Misschien moet je eens een ijzeren anode proberen in een NaOH oplossing. In gesmolten NaOH wordt een ijzeren anode niet aangetast, maar ik kan me voorstellen dat in een waterig milieu er ijzerhydroxide in je oplossing komt.

Is er iemand hier met kennis van het bouwen van stabiele electrolyse cellen voor H2/O2 productie?

User avatar
Reap
Argon
Posts: 681
Joined: 15 Sep 2011, 16:03
Chemistry interests: Inorganic
Location: Regio Eindhoven

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by Reap » 09 Dec 2011, 10:08

Is gesmolten NaOH niet behoorlijk reactief? En produceert dat geen Na(s)?
Ik heb later die avond nog 12 volt geprobeerd dat gaf 5,6 A.
Leek vreemd genoeg niet veel te helpen. Er zit mischien ergens dus een lekje.

Je zei dat ik het energieverlies van het koper kon uitrekenen. Kan je me in de juiste richting sturen als die informatie van waarde is? (ik ben alles behalve goed in wiskunde)

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 09 Dec 2011, 19:22

Reap wrote:Is gesmolten NaOH niet behoorlijk reactief? En produceert dat geen Na(s)?
Na(l), zie ook de Castner cel.
Reap wrote:Ik heb later die avond nog 12 volt geprobeerd dat gaf 5,6 A.
Leek vreemd genoeg niet veel te helpen. Er zit mischien ergens dus een lekje.

Je zei dat ik het energieverlies van het koper kon uitrekenen. Kan je me in de juiste richting sturen als die informatie van waarde is? (ik ben alles behalve goed in wiskunde)
Heb je het toch over 67W aan vermogen....

De potentiaal die je kwijt bent aan het chemische proces is 0 V aan de kathode (waterstof halfreactie wordt altijd op 0 V gesteld) en -1.23 V aan de anode:
2 H2O(l) → O2(g) + 4 H+(aq) + 4e−; Eo = -1.226 V

Alle andere energie is verlies! Je verwarmt je oplossing uiteindelijk met een vermogen van 5.6 A * (12 V - 1.23 V) = 60.3W.

Industrieel is een klemspanning van rond de 2.5 volt haalbaar, maar hoe ver je thuis komt, weet ik niet. Een belangrijk verlies is de zgh. overpotentiaal op de electrodes. Dit is een extra energie die je nog nodig hebt om het proces kinetisch te laten verlopen, terwijl de electrodepotentialen thermodynamich van aard zijn. (Je weet wel, een knikker die in een kuiltje op een heuvel ligt blijft daar liggen, terwijl de energie in he dal lager is. Kinetiek gaat om wat voor pas er bestaat voor die knikker om in dat dal te komen, thermodynamica om het hoogteverschil tussen kuiltje op de heuvel en dal.)

De overpotentiaal bestaat uit diverse delen. De electrische weerstand van de oplossing, overconcentratie (uitputting van ladingdragers rond de electrodes) en activatie-energie zijn belangrijk. De activatie-energie is de energie die het kost om een electron uit je electrolyt over te dragen naar je electrode of andersom. Om die reden is nikkel (ijzer als alternatief) gunstig als anode meteriaal en platina (ijzer als altijernatief) als kathodemateriaal.

Door de stroomdichtheid niet te hoog te laten worden (wat is hoog?) en voor voldoende geleiding en een kleine onderlinge electrodeafstand te zorgen, optimaliseer je de cel.

User avatar
Reap
Argon
Posts: 681
Joined: 15 Sep 2011, 16:03
Chemistry interests: Inorganic
Location: Regio Eindhoven

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by Reap » 09 Dec 2011, 22:13

Heel erg bedankt, met deze info heb ik een beter beeld van de manier waarop elektrolytische cellen werken.

Ik dacht dat het wel slim was om er een hoger voltage erop te zetten omdat er dan ook meer stroom gaat lopen (weerstand blijft gewoon hetzelfde).
En als er meer stroom gaat lopen zou ik denken dat de reactie ook sneller zou verlopen.

Bij ons op school was gewoon bij overpotentiaal gezegd: als je een reactie hebt waarbij 2 elektronen overgedragen en een gas geproduceerd wordt gewoon 0,5V bijtellen en dan komt het wel goed...

Maar ik vraag me af hoe het mogelijk is bij de 2,5V 40A (de eerder genoemde 100 watt) te halen. Dan is de weerstand wel heel erg laag. (0,0625ohm) Ik heb nu ongeveer 2,2ohm ik dacht dat dat als laag was!

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 10 Dec 2011, 14:01

Die maat voor 2.5 volt komt uit de industrie met alles prachtig geoptimaliseerd. Ik betwijfel of wij dat halen.
Wat in jouw geval denk ik de beperking is, is de uitputting van ladingdragers rond je electrodes. Kies daarom een groter electrodeoppervlak, zodat er per cm2 weinig lading overgedragen hoeft te worden. Probeer eens misschien ook eens een stuk ijzerdraad als anode.

User avatar
Reap
Argon
Posts: 681
Joined: 15 Sep 2011, 16:03
Chemistry interests: Inorganic
Location: Regio Eindhoven

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by Reap » 10 Dec 2011, 22:20

Oke, ik heb een koperen spiraal gemaakt. Vervolgens zo'n geel kleuken 85%viscose 15% PE enkel laags eromheen gewikkeld. Daarna heb ik zo'n ijzeren sponsje (om pannen mee schoon te maken) eromheen gedaan (net zoals je een sok aan zou trekken met een gat in de bodem zegmaar). Ik heb een NaOH als elektrolyt gebruikt (laagje van ongeveer 7,5mm dik op de bodem van de pot). Hetzelfde verhaal: glazen pot, 3 gaten in de ijzeren deksel, middelste voor het gas.
12V opgezet, er ging 7,2A lopen. Mooi leuke hoeveelheid gas. (3V gaf maar erg weinig gas)
Gas ging door de bubbler, naar de brandtuit. Een vrij kleine (4 mm lang 1 mm breed) vlam, die met gemak een luciferhoutje aan kon steken.

En BOEM bubbler dop kapot. De flashback arrestor werkt blijkbaar niet. Ik ben erg blij dat ik de bubbler ertussen had en dat ik die expres bijgevuld had om te zorgen dat er niet veel gas tegelijk daar in aanwezig is en dat ik gewoon op kleine schaal werk. Maar ik heb mezelf bijna bescheten, links een piepend oor en ga niet aan de gang tot ik weet hoe ik een betrouwbaardere flashback arrestor kan maken.

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Waterstofgenerator en -brander

Post by spidey » 11 Dec 2011, 14:24

Oke....

Mooi dat je niets ergers is overkomen. Ik had een klein incidentje toen ik een flesje konigswater open draaide. Dat zat nogal onder druk kennelijk. Kwam met een plof zo'n wolk van stikstofverbindingen uit.

7.2 A is al weer een stuk beter dan de 5.6 die je eerder had. Heb je dat staalwol nog bekeken, hoe het eruit zag na afloop? Hoe lang heeft hij gelopen voor je BOEM?

Mijn idee is om de electrodehoesjes te gebruiken die ik een tijdje geleden uit oude natte loodaccu heb gehaald. Ik vermoed dat deze van een folie zijn met heel kleine porieën, waardoor de stroom door vloeistof in de porieën gaat, terwijl de belletjes van H2 en O2 gescheiden blijven. Uit de geometrie van de accu zou je kunnen afleiden dat die hoesjes zo'n functie moeten hebben. Zo verwacht ik dat ik de electrodeafstand kan reduceren tot een paar mm. Als ik flink grote electrodes neem, moet ik een redelijke H2-gasstroom kunnen produceren.

Ik wil H2 ook als beschermgas gaan gebruiken, omdat ik geen hogedruk cylinders wil huren voor N2 of Ar, bijvoorbeeld. Hydrides worden bij temperaturen onder de 100C veelal niet gevormd, dus kan H2 in veel gevallen werken als beschermgas.

Post Reply

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 4 guests