Springen naar inhoud

CO2 genereren via elektrolyse.


  • Log in om te kunnen reageren

#1

clarias

    clarias


  • 0 - 25 berichten
  • 10 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 17 maart 2006 - 09:41

Voor aquaria zijn elektrolyse apparaten op de markt welke beweren CO2 in het water te genereren via elektrolyse (CO2 is goed voor je planten). De apparaten bestaan uit een RVS-elektrode, waar H2 wordt gevormd, en een koolstof-elektrode waar O2 wordt gevormd; tot zover klassieke elektrolyse van water. Volgens de fabrikant reageert de O2 echter direct met de koolstofplaat tot CO2. Dit zou je niet zien omdat CO2 zeer goed oplost in water, waar ze gelijk in hebben.
Nu is er in de aquariumwereld veel discussie of dit proces inderdaad kan verlopen; je ziet namelijk veel gas opstijgen vanaf de koolstofplaat wat dus zuurstof zou zijn en wat dus niet gereageerd zou hebben met de koolstofplaat.

De eerlijkheid gebiedt te zeggen dat er wel CO2 in het water ontstaat, maar doordat HCO3 reageert met H+ wat ook aan de koolstof-elektrode wordt gevormd. De carbonaat hardheid van het water daalt namelijk sterk. Aan de andere elektrode gebeurt juist het tegenovergestelde: er wordt CO32- gevormd wat neerslaat met Ca; en inderdaad de totale hardheid daalt ook. De vraag is welk proces is het belangrijkst: CO2 vroming via zuur of via O2.

Nu ben ik zelf visbioloog dus een beetje chemische kennis heb ik nog wel, maar veel te weinig om dit alles goed te beoordelen. Mij is altijd verteld dat koolstof inert is, dus kan de reaktie C(s) + O2(g/aq) -> CO2 (aq) wel goed verlopen? En wat voor type reaktie is dit dan? Redox? Weet dan iemand de potentiaal voor deze reaktie.

Hopelijk kan iemand uit de chemie-hoek ons aquarianen helpen!

Groeten,

Richard


Beryllium: Gebruik sub- en superscript aub! Bekijk de helpfunctie hoe sub- en superscript te gebruiken.

Veranderd door Beryllium, 17 maart 2006 - 11:21


Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

DrQuico

    DrQuico


  • >1k berichten
  • 2952 berichten
  • VIP

Geplaatst op 17 maart 2006 - 12:49

Naar mijn idee wordt CO2 aan de koolstofelectrode niet gevormd door het gegenereerde O2, maar kun je spreken van 2 processen:

2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-
en
C + 2H2O -> CO2 + 4 H+ + 4e-

Je kunt hier een heel verhaal aan hangen met berekening van de standaardelectrodepotentialen voor beide halfreacties, maar niet enkel de thermodynamica bepaald welke reactie op zal treden. Kinetiek zal bij dergelijke electrodereacties ook een belangrijke rol spelen.

Ik denk dan ook dat beide reacties op zullen treden.

#3

woelen

    woelen


  • >1k berichten
  • 3145 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 17 maart 2006 - 14:09

Zelf denk ik dat er maar weinig CO2 zal ontstaan uit de koolstof electrode. Het is niet voor niets dat grafiet gebruikt wordt in electrolyse van zeer veel stoffen, waarbij je wilt dat de electrode heel blijft.
Ik heb wel eens een experiment gedaan, waarbij ik water electrolyseerde en de gassen opving. Binnen een marge van pakweg 10% kreeg ik zuurstof en waterstof in de verhouding 1:2. Een grafiet electrode corrodeert wel een beetje, maar dat is meer verpulveren dan oplossen of verdwijnen.

Dus, ik denk dat het hoofdeffect zal zijn vorming van CO2 d.m.v. zuurvorming aan de anode, maar dan inderdaad wel ten koste van opgelost bicarbonaat.

#4

Ruud_CF

    Ruud_CF


  • >100 berichten
  • 104 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 17 maart 2006 - 15:06

Hoi,

Ik heb even in de "atlas of electrochemical equilibra in aquous solutions" van Marcel Pourbaix gekeken.
Er wordt beschreven dat de oxidatie van koolstof naar CO2 theoretisch mogelijk is, maar dat deze oxidatie in de praktijk niet verloopt onder normale omstandigheden (temp / druk).


Ruud

Veranderd door Ruud, 17 maart 2006 - 15:07


#5

1234567

    1234567


  • >25 berichten
  • 41 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 17 maart 2006 - 17:36

er zal geen CO2 worden gevormt maar inplaats daarvan knalgas althans als je de gassen gemengt op zal vangen. Zorg natuurlijk dat hier geen vuur bij komt want dan overkomt je wat een kamaraad van mij overkwam. Hij had de ong. 14 V op de elektroden staan hierdoor kreeg je veel waterstof en zuurstof in een mum van tijd. Hij ving de gassen op in een ballon terwijl hij zijn sigaret aanstak toen hij de ballon eraf had gehaalt zat er natuurlijk nog veel knalgas in de erlenmeyer hij ging erboven hagen er kwam gas bij zijn sigaret en de erlenmeyer knapte in z'n gezicht uitmekaar terwijl ik hem al ong. 7 keer gewaarschuwd had dat je maar beter niet kon roken bij dit soort proefen en er ook niet boven moet hangen. dus mocht je aan een dergelijk aparaatje werken en hij doet het pas er altijd erg mee op.


Beryllium: Gefeliciteerd... je hebt nu een ban te pakken. Erg knap, want dat is behoorlijk zeldzaam. We hebben je nu genoeg gewaarschuwd.

Veranderd door Beryllium, 17 maart 2006 - 20:24


#6

DrQuico

    DrQuico


  • >1k berichten
  • 2952 berichten
  • VIP

Geplaatst op 17 maart 2006 - 19:32

Een commercieel verkrijgbaar apparaat staat op deze site.

In de beschrijving staat dat je elke 2 maanden het koolstofplaatje dient te vervangen. Nu is het zo dat je een standaard koolstofelectode als inert kunt beschouwen, en dat deze nagenoeg geen CO2 zal produceren. Ik vermoed echter dat het in dit systeem gebruikte koolstofplaatje gebruik maakt van actieve kool (als coating?). Vermoedelijk wordt hierbij wel in significante mate koolstof geoxideerd. De claim is in ieder geval 0.3 g/h. Ik denk niet dat dit op volledige onzin is gebaseerd. Wanneer de electrode enkel zou desintegreren (en dus niet oxideerd) betekent dit dat je de gewichtsafname van de electrode onderin het aquarium terug zou moeten vinden. En volgens mij valt 420 g koolstof in twee maanden wel op.

Op zich zou de werking kunnen worden aangetoond door toepassing van het apparaat in een heldere calciumhydroxide oplossing. Bij de vorming van koolzuurgas zal er een witte neerslag ontstaan. Wanneer deze neerslag niet wordt gevormd kun je er van uitgaan dat het apparaat enkel waterstof en zuurstof produceert.

#7

clarias

    clarias


  • 0 - 25 berichten
  • 10 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 20 maart 2006 - 07:53

Ruud: ik had al wel een gevoel dat C moeilijk oxideert als je het "gewoon"laat liggen. Maar theroretisch wordt hier de zuurstof aan de C gevormd. Ik kan me voorstellen dat op moleculair niveau dit er toe kan leiden dat er wel CO2 wordt gevormd.

DrQuico: De koolstofplaat "lost" langzaam op. Of dit oplossen is in de vorm van CO2 of desintegratie is niet te zeggen. Er valt trouwens geen 420 gr koolstof uiteen maar ergens rond de 140 gr als ik me goed herinner (gewicht van de plaat). Ik heb er nog nooit iets van teruggevonden maar de filters, planten en bodem kunnen denk ik veel opslaan zonder dat dit opvalt tussen de resten voer, stront en dode bladeren. Ik zal hem eens in een kaal aquarium hangen.

De claim van 0.3 gr is zeker niet uit de lucht gegrepen maar de vraag is hoe. Onder aquarianen is al jaren een discussie over dit apparaat, en vooral in zacht water (weinig HCO3) schijnen ze het slecht te doen. Nu moet ik erbij zeggen dat de meeste hobbyisten (>99%) natuurlijk geen middelelen hebben voor precieze metingen.

Wat me intrigeerde was je opmerking over actief kool; waarin is dit anders dan grafiet? En waarom zou actief kool dan wel goed werken?

Ik zal denk ik maar eens kijken of ik aan genoeg gedestilleerd water (zachter water is er niet?!) kan komen, om te kijken of er dan nog steeds veel CO2 wordt gevormd. Calciumhydroxide gaat misschien ook wel lukken.

Groeten Richard

#8

Ruud_CF

    Ruud_CF


  • >100 berichten
  • 104 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 maart 2006 - 08:25

Ruud: ik had al wel een gevoel  dat C moeilijk oxideert als je het "gewoon"laat liggen. Maar theroretisch wordt hier de zuurstof aan de C gevormd. Ik kan me voorstellen dat op moleculair niveau dit er toe kan leiden dat er wel CO2 wordt gevormd.

@Clarias:

Ik heb het niet over het gewoon laten liggen van een koolstof plaatje, maar een koolstof plaatje dat als anode dient.
Dat er zuurstof gevormd wordt aan de koolstof annode, is zeker (bij voldoende potentiaal) maar hoezo zou dit dan zorgen voor een beetje koolzuur gas?

Ruud

Veranderd door Ruud, 20 maart 2006 - 08:26


#9

Fuzzwood

    Fuzzwood


  • >5k berichten
  • 11101 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 20 maart 2006 - 08:47

Dat is om het voor de mensen simpel te houden: het plaatje is van koolstof, er ontstaat zuurstof aan die kant, conclusie: aandie kant wordt dus koolstofdioxide gevormd.

#10

woelen

    woelen


  • >1k berichten
  • 3145 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 maart 2006 - 08:55

Ik zal denk ik maar eens kijken of ik aan genoeg gedestilleerd water (zachter water is er niet?!) kan komen, om te kijken of er dan nog steeds veel CO2 wordt gevormd. Calciumhydroxide gaat misschien ook wel lukken.

Gedestilleerd water bevat vaak ook nog wel aardig wat CO2 uit de lucht. Wil je experimenteren met jouw anode, dan zou ik gedestilleerd water nemen en daar een heel klein beetje NaHCO3 (dubbelkoolzure soda, natrium bicarbonaat, ook wel zuiveringszout genoemd) in oplossen, zodat je zo veel bicarbonaat in oplossing krijgt als wat gebruikelijk is in een aquarium.

Vervolgens zou ik gaan electrolyseren en het gas aan de anode opvangen en zien hoeveel CO2 er in zit.

Vervolgens doe je het zelfde experiment nog een keer, maar dan met natriumsulfaat. De ionen concentratie moet ongeveer gelijk zijn aan die bij het vorige experiment. Je doet dan weer de electrolyse en vangt het gas op. Dan ga je kijken of er hier ook CO2 vrij komt of dat de electrode verpulvert.

Door het verschil te bekijken kun je vanzelf goed zien of die electrode echt werkt of dat het alleen maar werkt door omzetting van in oplossing aanwezig bicarbonaat.

#11

clarias

    clarias


  • 0 - 25 berichten
  • 10 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 20 maart 2006 - 10:44

Vervolgens zou ik gaan electrolyseren en het gas aan de anode opvangen en zien hoeveel CO2 er in zit.


De vraag is of je het gevormde CO2 kunt opvangen: CO2 lost erg goed op in water. Ik heb ook geprobeerd om CO2-concentraties direct te meten (een Hanna titratie-kit) maar dat werkte niet; de test was te onnauwkeruig en te ongevoelig.
Wat ik wel redelijk kan, is pH meten (elektr.) en hardheid (=alkaliniteit), daaruit valt de CO2-conc te berekenen.

#12

woelen

    woelen


  • >1k berichten
  • 3145 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 maart 2006 - 13:23

Hier heb je inderdaad gelijk in. Het zal lastig worden met opvangen van bellen. Echter, als je zowel het gas aan de anode, als dat aan de kathode opvangt, en beide krijg je in duidelijk van 1:2 afwijkende volumeverhouding, met veel minder anode-gas dan die 1-verhouding, dan weet je dat er minder O2 is gevormd, en dus moet dat haast wel zijn gaan zitten in de CO2. Zuurstof en waterstof lossen maar heel weinig op in water, deze test is best betrouwbaar.

Nog een ander idee:

Met een oplossing van Ca(OH)2 kun je zien of ergens CO2 in zit. Alleen kun je dan geen natrium sulfaat als electrolyt gebruiken.

Probeer dan eens met natrium- of kaliumnitraat als electrolyt (geen natriumchloride, want dan krijg je chloor aan de anode). Nitraat ionen zijn absoluut niet verder oxideerbaar. Gebruik ook uitgekookt demi-water, zodat je weet dat er geen of weinig CO2 meer in zit. Met Ca(OH)2 oplossing mag het water geen troebeling geven.

Als je dan de electrolyse voor een tijdje gedaan hebt, en je voegt dan een oplossing van Ca(OH)2 toe, dan zul je duidelijke troebeling moeten zien als er CO2 is gevormd. Ook vrij kleine hoeveelheden (bijv. 100 mg) moet je zeker kunnen detecteren.

#13

clarias

    clarias


  • 0 - 25 berichten
  • 10 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 20 maart 2006 - 15:37

Helaas is het geen klassiek elektrolyse apparaat in zoverre dat je mooi 2 ruimtelijk gescheiden elektrodes hebt (zie de site die DrQuico heeft gevonden): het is een RVS mantel, die een koolstofplaat omgeeft. Deze sandwiches gaan maar beperkt mee, omdat ze zeer sterk verweren.

Er wordt dan ook geen specifieke elektrolyt aan het water toegevoegd: de normale geleidbaarheid van het water moet voldoende zijn (en dat is ogenschijnlijk ook zo).

Ik heb nog een aantal verbruikte sandwiches liggen en wat ik wou doen is de koolstofplaat als elektrode vervangen door een stuk RVS van een andere plaat. Het oppervlak is dan gelijk maar logischerwijs geen CO2-produktie vanuit koolstof. Bij beide zal H+ worden gevormd maar indien er ook direct CO2 wordt gevormd uit de koolstof plaat is dit extra zuurvormend, terwijl in mijn eigen knutselwerk dit ontsnapt in de vorm van O2.
Oftewel mijn huidige idee is om mijn gekunstelde generator en de fabrieksgenerator te vergelijken in H+ genererend vermogen; simpelweg, wie laat de pH het snelst dalen?

Zie ik wat over het hoofd?

#14

woelen

    woelen


  • >1k berichten
  • 3145 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 maart 2006 - 16:27

Volgens mij krijg je met een ijzeren anode helemaal geen zuurstof of veel minder zuurstof, maar wordt het ijzer geoxideerd en gaat er Fe3+ in oplossing. In de praktijk zal het wel neerkomen op een crappy neerslag van ijzerhydroxide en andere rommel. RVS bevat natuurlijk ook nog andere metalen (chroom? nikkel?) en die zullen ook wel in oplossing gaan. Ik betwijfel of dit goed gaat werken.

Bovendien is het naar beneden gaan van de pH (of het ontbreken daarvan) geen echt goede indicatie. Aan de kathode krijg je nl. OH- ionen en waterstof volgens 2H2O + 2e --> 2OH- + H2. Als dit mengt met de H+ van de anode, dan is het netto effect nihil en krijg je alleen H2 en O2.

Veranderd door woelen, 20 maart 2006 - 16:27


#15

DrQuico

    DrQuico


  • >1k berichten
  • 2952 berichten
  • VIP

Geplaatst op 20 maart 2006 - 17:10

Wat me intrigeerde was je opmerking over actief kool; waarin is dit anders dan grafiet? En waarom zou actief kool dan wel goed werken?


Actieve kool (=Norit) is gewoon koolstof, maar dan met een hoog specifiek oppervlak. Dit ligt bij actieve kool in de orde van 1 km2/gram. Actieve kool is veel reactiever dan gewone koolstof, je kunt het bijvoorbeeld al veel gemakkelijker in de fik steken, soms is het zelfs pyrofoor. Dit duidt er op dat er een veel kleinere kinetische barrière voor oxidatie is ten opzichte van gewoon grafiet.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures