™ Informace o malých přenosných generátorech ozonu, u nichž je produkce ozónu založena na elektrolýze vody
09/2005
Subject to change! © INNOVATEC // Gerätetechnik GmbH • von-Liebig-Str. 6 • D-53 359 Rheinbach
Tel.: +49/(0)2226/15818-0 Fax: -25 home-page: http://innovatec-rheinbach.de e-mail:
[email protected] Protected by copyright – The passing-on and reproduction of these documents, use and notification to third parties is not permitted unless explicit consent has been given
Používané metody tvoření ozonu V aktuální době existují tři postupy generace ozonu, které jsou vhodné k technickému užití: Generace ozonu pomocí ultrafialového záření je častý způsob přirozené generace ozonu ve vrstvách zemské atmosféry, avšak jeho technické využití je pouze minimální, produkuje malé množství ozonu o nízké koncentraci. Technickým využitím je míněno speciální využití, například pro úpravu čisté vody. Je možné použít ultrafialové stanice, které pro vytvoření ozonu pracují s tvrdým UV zářením (o vlnové délce 185 nm), jako velmi malé nebo i miniaturní stanice úpravy vody (ve formě stolních stanic). Tyto malé stanice se úspěšně používají například k rozborům (mj. voda určená ke kapalinové chromatografii pod vysokým tlakem). Obvykle se pracuje s elektrickými náboji o několika stovkách voltů, které mají odpovídající spotřebu proudu, což vyžaduje napájení zdrojem. Z tohoto důvodu je možné používat tyto přístroje nebo malé stanice pouze jako stacionární jednotky.
Generace ozonu Elektrickým výbojem. U této metody se jedná o přístroje, ve kterých je ozon vyráběn čistým kyslíkem nebo kyslíkem obsaženým ve vzduchu. Je zapotřebí vysokonapěťové střídavé pole způsobující pulzní ionizaci. Vzhledem k vyšším provozním potřebám (>100g Ozon/h) neexistuje podle pravidel oboru jiná metoda generace ozonu. Společnost Innovatec // Gerätetechnik GmbH vyrábí tento typ přístrojů již dlouho. Přesto, na rozdíl od mnoha jiných výrobců, používá obě dvě procedury, ne pouze generaci ozonu elektrickým výbojem, ale také generaci ozonu elektrolýzou vody, přičemž bere objektivně v úvahu výhody a nevýhody té které konkrétní metody. Při konvenčním způsobu generace ozónu (elektrickým výbojem), jsou mobilita a miniaturizace přirozeně omezené z důvodu nutnosti vysokonapěťového zdroje a kvůli přísunu provozního plynu. Další nevýhodou této metody je často nezbytný přísun přídatných generátorů proudu.
Elektrolytická generace ozonu nemá žádnou z výše zmíněných nevýhod. Buňky elektrolýzy jsou napájeny nízkým elektrickým napětím. Napájení je prováděno jednoduše pomocí komerčních baterií, akumulátorů, fotovoltaicky nebo síťovými adaptéry do 12 V DC. Generace ozonu je prováděna automaticky. Voda k úpravě je tedy zároveň sama provozní látkou. Jinými slovy není vyžadována žádná další přídavná látka (jako třeba speciálně upravený plyn). Na následující straně naleznete systematický popis principu elektrolytické generace ozonu:
Page 2
Elektrolytická generace ozonu a její fáze
Princip elektrolýzy vody
V
Pokud napětí na elektrolytické buňce je vyšší, než tzv. napětí rozkladu vody začne procházet elektrický proud elektrodami a vytvoří se plynové bubliny složené z kyslíku na anodě (+) a vodíku na katodě (-).
A
2
Dissociation of water molecules
Cathode
Anode
2
V
Jinými slovy, účinkem elektrického proudu se voda rozloží na své jednotlivé prvky. Množství generovaného plynu je přímo úměrné náboji, který prošel komůrkou (Faradayův zákon), a tedy úměrný elektrickému proudu. Napětí rozkladu / potenciál nezbytný pro tento proces odpovídá hodnotě chemické energie uskladněné v produkovaném kyslíku a vodíku.
Generování ozonu elektrolýzou Generování ozonu na anodě elektrolýzou vody vyžaduje přítomnost elektrokatalyzátoru.
A
Energie vlastně stoupá spolu se stoupajícím nadpětím, a spolu s ní i chemická reaktivita absorbovaného kyslíku generovaného jako meziprodukt vývinu kyslíku.
electro-catalyst
Od potenciálu elektrod vyššího než asi 2,3 V je teoreticky možné tvoření volných atomů kyslíku.
formation ozone 2
Dissociation of water molecules
Cathode
Anode
2
Volné atomy kyslíku jsou vysoce reaktivní. V reakci s molekulárním kyslíkem (O2) můžou vytvořit ozon (O3). Díky nízkým teplotám panujícím v generátoru ozonu elektrolýzou, koncentrace ozonu, které zde může být dosaženo, je vyšší než v klasických vysokonapěťových generátorech.
Page 3
INNOVATEC // Gerätetechnik GmbH pro své generátory ozonu sestrojila elektrolytické buňky, které fungují bez nebezpečných kapalných elektrolytů. Využívá výhradně tzv. pevné elektrolyty. Generace ozonu elektrolýzou v elektrolytických komůrkách PEM (polymerová elektrolytická membrána) je zajištěna následovně:
V A elec tro-cataly st H 2O + O 2 + O 3
H H
+
O
2-
O2
+
O
O3
H2
O2
H2 O2
H
O 2-
e-
th i ckn e ss < 2 0 0 µm
+
H+
e-
H2
O3 H2 O3
H2
O2 H2
H+ H
+
O 2-
ee-
O O 2-
+
H
O
+
2-
H
H+ H
+
porous anode
O 2-
H
e- 2e- O e- 2O e-
H
+
H
+
H e+ H e-
O 2-
H H
+
H
+
H e+
O 2-
O
2-
H H
+
H+ H
+
+
O 2-
H+
H+ H+
H+
e-
e-
H+
e-
O
+
H
+
2-
H+
H 2O
+
eeH e-
+
+
s olid electrolyte (m em b ra ne )
+
H
+
H+ + H
+
2-
H
O
+
H+
e- 2O e-
2-
H
H+ H
O 2-
H+e + He -
H+
H+
O
H
+
H H
porous cathode
O2
2-
H+ H
+
H2
H 2 + H 2O
Generace ozonu v PEM elektrolytické buňce K elektrolýze vody se využívá elektrolyt pevný místo kapalného. Tento elektrolyt se skládá z polymeru, který je ve formě elektrolytu schopný přenášet elektrické výboje, v tomto případě vodíkové ionty / protony* (=> iontoměničová membrána - catex). Membrána slouží zároveň jako oddělovač, k fyzické separaci produktů elektrolýzy: Na straně anody è kyslík a ozon Na straně katody è vodík
e-
* Protony jsou přenášeny společně s vodními molekulami v poměru přibližně 1:5
Technologie PEM existuje od roku 1957 a má svůj původ mj. v použití palivových článků, v astronautice (například pro projekty Gemini). Ve zde prezentované formě existují komůrky PEM už desítky let a tisícekrát se osvědčily v přípravě ultra čisté vody.
Page 4
Předmětem většiny výzkumné a vývojové práce byly kromě nahrazení kapalného elektrolytického roztoku membránou PEM, elektrody (a stále jsou). Elektrody jsou vlastně hlavním ukazatelem účinnosti (výtěžnosti) jedné komůrky s elektrolýzou PEM. Technologická úroveň je tedy závislá na elektrodách. The microsphere™Electrode
1. Production of the substratum
Důležitý prvek pro správné fungování komůrky PEM:
1 quasi ideal spherical particles
Elektrody musí mít pórovitou strukturu, která zajistí dostatečný přísun vody a 1 = Layer of fine substratum 2 2 = Layer of coarse substratum proudu, a správný odvod produktů elektrolýzy. Materiál elektrody musí odpovídat velmi přísným požadavkům z 2. Final substratum hlediska chemické stability. Aby se mohl micro fine particles with ideal spherical surface proud stejnoměrně rozmístit i na mem1 bránách velkých ploch, elektrody se musí podřídit velice přísným výrobním 2 tolerancím, aby byl na všech místech dobrý kontakt s membránou. Je nezbytné, vyvarovat se v nejvyšší možné 3. Substratum with catalytic coat (= final electrode) míře veškerému shromažďování active electro-catalyst layer sražených nebo rozpuštěných substancí na membráně nebo na povrchu elek1 trod. 2
Elektrody microsphere™- jsou na straně anody vybaveny speciálním „elektrokatalyzátorem“, který má nezbytné nadpětí pro generaci ozonu.
back of the electrode
microsphere ™- is a registered trade mark, the electrodes are the object of the following patents: German Patent DE 196 19 333 Swiss Patent CH 691 309 U.S. Patent US 5,873,988
Ozon vyrobený těmito elektrodami má hmotnostní koncentraci řádově 10-15%, při optimální provozní teplotě, která se nachází hned pod pokojovou teplotou.
Page 5
Popis produktů O3 ZONE-PEN™ Generátor O3ZONE-PEN™ je novinka mezi generátory ozonu, obzvláště z hlediska aplikace ozonu do vody. Kompaktní rozměry tužky a výsledná nízká váha jsou ideální pro mobilní aplikace. Navíc je požadované napájení elektrickou energií jednoduše realizováno dle výběru buď komerčními bateriemi, nebo nabíjejícími akumulátory. Podle výběru jsou použitelné také další alternativy napájení.
Aplikace O3 ZONE-PEN™ je velice snadná, elektrolytická komůrka se ponoří do vody určené k ozonizaci. Vhodné nádoby musí mít otvor v průměru minimálně 15 mm, ale jinak mohou mít všechny představitelné geometrické tvary jako například nádoby na pití, poháry, kulaté baňky, Erienmeyerovy vázy, rozličné tvary lahví na vodu, kanystry (čutory, konve, bandasky) nebo nádrže (až do 20 litrů). Pro urychlení sycení ozónem můžemeO3 ZONE-PEN™ použít také jako míchadlo
Pro O3 ZONE-PEN™ je voda určená k úpravě zároveň látka provozní i reakční. Žádná další přídavná látka není potřeba. Ke generaci ozonu je potřebná jenom elektrická energie, která napájí jádro buňky
V závislosti na kvalitě (tvrdosti) vody je třeba po určité době vyměnit jádro buňky. To je stejně jednoduché jako výměna baterií. Náhradní jádra buněk jsou k dostání v setu.
Page 6
Page 7
Použití O3 ZONE-PEN™ můžeme použít pokaždé, když potřebujeme ozon ve vodě, možným využitím je také alternativa ozonu uvolňovaného z vody. Mimo jiné se používá k analýzám například k seřizování nástrojů pro měření ozonu, v ozonolýze například k malým přípravným aplikacím; nebo obecně co se týče vody a její dezinfekce, neboť ozon je, jak víme, vysoce účinný germicidní prostředek (=ničí všechny bakterie, viry, zárodky) v kapalinách i plynech. Rozkládá se nezávislým a ekologickým způsobem, zcela v protikladu vůči chloru a většině ostatních dezinfekčních prostředků. Ozon zvyšuje přirozený oxidační rozklad většiny znečišťujících (škodlivých) látek a účinně neutralizuje choroboplodné zárodky. Mezi oblasti využití O3zonu-Pen patří také farmaceutické a medicínské technologie a také oblast cestování a domácnosti.
Varianty napájení Používáním externího napájecího adaptéru nabízeného volitelně, je umožněno napájet the O3 ZONE-PEN™ elektřinou pocházející z různých zdrojů jako síťový adaptér, solární panely, Power banka nebo palubní síť.
Technická data max. 15 mg aktivního kyslíku/h max. 750 ppb (= 0.75 mg/ℓ) max. 10 váhových % přibližně. 0.1…20 ℓ (objem nádoby) 6 VDC max. 200 mA
Výstup ozónu Koncentrace ve vodě* Koncentrace ve vzduchu *množství upravované vody Napětí pro elektrolýzu Elektrolytický proud
Page 8
přibližně. 70 g (přibližně. 120 g)
Váha (včetně baterií)
Page 9
Rozměry
Přibližné rozměry v mm * V případě použití externího napájecího adaptéru je celková délka asi 247 mm ** Minimální rozměr otvoru nádoby
Distribution:
Manufacturer:
von-Liebig-Str. 6 D-53359 Rheinbach Tel: ++49 /(0)2226 / 15818-0 Fax: ++49 /(0)2226 / 15818-25
Antibakterin Ing. Petr Švanda Chaloupky 293, 50311, Hradec Králové e-mail:
[email protected] tel.: +420 731 002 307, web: www.antibakterin.cz
e-mail:
[email protected] home-page: innovatec-rheinbach.de
Page 10
