Tecnología de vanguardia para el agua | Investigación y desarrollo de Ocemida
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En Ocemida, nuestro departamento de I+D es la piedra angular de nuestra marca innovadora. Estamos revolucionando la tecnología del agua mediante avances revolucionarios en deposición electrolítica, tecnología de microburbujas y electrónica personalizada. Nuestro equipo de científicos e ingenieros dedicados trabaja incansablemente para crear soluciones que mejoren la seguridad, la eficacia y la sostenibilidad en aplicaciones relacionadas con el agua.
Especializaciones de vanguardia
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Deposición sin corriente eléctrica en membranas de intercambio de protones: hemos sido pioneros en técnicas para mejorar la seguridad y eficacia de las membranas de intercambio de protones mediante deposición sin corriente eléctrica. Este avance tiene implicaciones significativas para varias industrias, incluidas las pilas de combustible y la purificación de agua.
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Tecnología de microburbujas: nuestra innovadora tecnología de microburbujas está transformando el uso del agua tanto en el hogar como en la agricultura. Hemos desarrollado cabezales de ducha avanzados que mejoran la experiencia de ducha y al mismo tiempo ahorran agua. En la agricultura, nuestras soluciones respaldan prácticas sustentables como la acuaponía, optimizando el suministro de agua y nutrientes a las plantas.
- Desarrollo de productos electrónicos personalizados: Ocemida se enorgullece de desarrollar sus propios productos electrónicos en la empresa. Este enfoque nos brinda un control total sobre la calidad de la producción y permite realizar mejoras frecuentes, lo que garantiza que nuestros productos estén siempre a la vanguardia de la tecnología.
La ventaja de Ocemida
Lo que distingue a Ocemida es nuestro compromiso inquebrantable con la investigación y el desarrollo. No somos solo seguidores de tendencias, somos creadores de tendencias. Al controlar cada aspecto del desarrollo de nuestros productos, desde el concepto hasta la producción final, garantizamos una calidad e innovación inigualables en todas nuestras ofertas.
Priorizar la salud y el bienestar
Nuestra dedicación va más allá de la tecnología. Estamos comprometidos a mejorar la salud y el bienestar a través de nuestras soluciones pioneras para el agua. Cada producto de Ocemida está diseñado para transformar el uso diario del agua en una oportunidad para mejorar el bienestar, reimaginando la forma en que el agua interactúa con nuestras vidas.
Impulsando el futuro de la tecnología del agua
En Ocemida, no solo creamos productos, sino que también damos forma al futuro del uso y la percepción del agua. Nuestro objetivo es desarrollar soluciones que realmente mejoren la forma en que las personas interactúan con el agua todos los días, ya sea a través de cabezales de ducha más eficientes, prácticas agrícolas sostenibles o tecnologías de membrana avanzadas.
Experimente la diferencia de Ocemida
Adéntrese en el futuro de la tecnología del agua con Ocemida. Descubra los frutos de nuestros intensos esfuerzos de investigación y desarrollo y emprenda el viaje hacia una relación más saludable y sostenible con el agua. Desde nuestras técnicas especializadas de deposición sin corriente eléctrica hasta nuestras innovaciones de microburbujeo y electrónica personalizada, Ocemida es el lugar donde la tecnología de vanguardia se integra a la vida cotidiana.
ESTUDIOS
Mejora del rendimiento de las botellas de agua de hidrógeno mediante la deposición electrolítica de nanopartículas de iridio y platino en membranas de intercambio de protones
Abstracto
Este estudio investiga la aplicación de métodos de deposición sin corriente eléctrica para recubrir membranas de intercambio de protones (PEM) en botellas de agua de hidrógeno con nanopartículas de iridio (Ir) y platino (Pt). Los objetivos principales son mejorar la eficiencia de la electrólisis, reducir el tamaño de las burbujas y mitigar la lixiviación de polímeros de la PEM al agua potable. Nuestra investigación demuestra que la deposición controlada de nanopartículas de Ir y Pt mejora significativamente el rendimiento y la seguridad de las botellas de agua de hidrógeno, lo que ofrece posibles avances en la tecnología de electrólisis de agua portátil.
1. Introducción
El agua rica en hidrógeno ha ganado atención por sus posibles beneficios para la salud, lo que ha llevado al desarrollo de botellas de agua de hidrógeno portátiles. Estos dispositivos suelen emplear electrólisis de membrana de intercambio de protones (PEM) para generar gas hidrógeno in situ. Sin embargo, las tecnologías actuales enfrentan desafíos como la baja eficiencia de la electrólisis, el gran tamaño de las burbujas que afecta la disolución del hidrógeno y la posible lixiviación de componentes poliméricos de la PEM al agua potable.
Este estudio pretende abordar estas cuestiones mediante la aplicación de técnicas de deposición electrolítica para recubrir PEM con nanopartículas de iridio y platino. La elección de estos metales nobles se basa en sus excepcionales propiedades catalíticas en las reacciones de electrólisis del agua.
2. Materiales y métodos
2.1 Materiales
- Membranas de intercambio de protones (Nafion 117, DuPont)
- Cloruro de iridio (III) hidratado (IrCl3 · xH2O, 99,9 %, Sigma-Aldrich)
- Ácido cloroplatínico hexahidrato (H2PtCl6 · 6H2O, 99,9 %, Sigma-Aldrich)
- Borohidruro de sodio (NaBH4, 98 %, Alfa Aesar)
- Etilenglicol (C2H6O2, 99,8 %, Fisher Scientific)
- Agua desionizada
2.2 Procedimiento de deposición electrolítica
- Pretratamiento PEM:
- Limpie los PEM con agua desionizada e isopropanol.
- Sumergir en HCl 0,1 M durante 1 hora para activar la superficie.
- Enjuague bien con agua desionizada.
- Preparación de soluciones de deposición:
- Solución de iridio: disuelva IrCl3 · xH2O en etilenglicol (0,01 M).
- Solución de platino: disuelva H2PtCl6 · 6H2O en etilenglicol (0,01 M).
- Deposición electrolítica:
- Sumerja los PEM pretratados en las soluciones de sal metálica.
- Añadir NaBH4 (0,1 M) gota a gota como agente reductor.
- Mantener la reacción a 80°C durante 2 horas bajo agitación constante.
- Enjuague los PEM recubiertos con agua desionizada y séquelos con nitrógeno.
2.3 Métodos de caracterización
- Microscopía electrónica de barrido (SEM) para morfología de la superficie
- Espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) para la composición de superficies
- Microscopía electrónica de transmisión (MET) para la distribución del tamaño de nanopartículas
- Voltamperometría cíclica (CV) para área de superficie electroquímica
- Cromatografía de gases (GC) para la eficiencia de la producción de hidrógeno
- Dispersión dinámica de luz (DLS) para la medición del tamaño de las burbujas
- Espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) para análisis de lixiviación
3. Resultados y discusión
3.1 Deposición y caracterización de nanopartículas
Los análisis SEM y TEM revelaron una distribución uniforme de nanopartículas de Ir y Pt en la superficie PEM, con tamaños de partícula promedio de 5,3 ± 1,2 nm para Ir y 4,8 ± 0,9 nm para Pt. La XPS confirmó la presencia de especies metálicas de Ir y Pt, lo que indica una reducción exitosa durante el proceso de deposición electrolítica.
Figura 1: (a) Imagen SEM que muestra la distribución uniforme de nanopartículas Ir-Pt en la superficie PEM. (b) Imagen TEM que revela el tamaño y la morfología de las nanopartículas. Barras de escala: 100 nm (a), 20 nm (b).
3.2 Rendimiento electrocatalítico
Las mediciones de voltametría cíclica mostraron un aumento significativo del área de superficie electroquímicamente activa (ECSA) para los PEM recubiertos en comparación con los controles sin recubrimiento. Los PEM recubiertos con Ir-Pt exhibieron un aumento de 2,5 veces en ECSA, lo que se correlaciona con una actividad catalítica mejorada para la electrólisis del agua.
Figura 2: Voltamogramas cíclicos de PEM sin recubrimiento (negro) y PEM recubierto con Ir-Pt (rojo) en 0,5 M H2SO4. Velocidad de barrido: 50 mV/s.
3.3 Eficiencia de la producción de hidrógeno
El análisis por cromatografía de gases demostró un aumento del 40 % en la eficiencia de producción de hidrógeno para las membranas PEM recubiertas en comparación con las membranas sin recubrimiento en condiciones de funcionamiento idénticas. Esta mejora se atribuye al efecto catalítico sinérgico de las nanopartículas de Ir y Pt, que reducen el sobrepotencial para la electrólisis del agua.
Tabla 1: Comparación de la eficiencia de producción de hidrógeno
| Muestra | Tasa de producción de H2 (mL/min) | Aumento de la eficiencia (%) |
|---|---|---|
| PEM sin recubrimiento | 2,5 ± 0,2 | - |
| PEM recubierto de Ir-Pt | 3,5 ± 0,3 | 40 |
3.4 Reducción del tamaño de las burbujas
Las mediciones de dispersión de luz dinámica revelaron una reducción significativa en el tamaño de las burbujas de hidrógeno generadas en la superficie de PEM revestida. El diámetro promedio de las burbujas disminuyó de 150 μm para las PEM sin revestimiento a 45 μm para las membranas revestidas con Ir-Pt. Se espera que esta reducción en el tamaño de las burbujas mejore la disolución del hidrógeno en el agua, mejorando potencialmente la eficacia de las botellas de agua con hidrógeno.
Figura 3: Distribución del tamaño de las burbujas de hidrógeno para PEM sin recubrimiento (azul) y PEM recubierto con Ir-Pt (naranja) medido mediante dispersión de luz dinámica.
3.5 Mitigación de la lixiviación de polímeros
El análisis ICP-MS de muestras de agua expuestas a membranas PEM revestidas y no revestidas durante períodos prolongados (hasta 30 días) mostró una reducción sustancial en la lixiviación de polímeros en las membranas revestidas. El revestimiento de Ir-Pt actuó como barrera, reduciendo la lixiviación de polímeros aproximadamente en un 85 % en comparación con las membranas PEM no revestidas.
Tabla 2: Resultados del análisis de lixiviación de polímeros
| Muestra | Concentración de polímero (ppb) | Reducción de lixiviación (%) |
|---|---|---|
| PEM sin recubrimiento | 120 ± 15 | - |
| PEM recubierto de Ir-Pt | 18 ± 3 | 85 |
Referencias
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- Zhang, X., y Li, Y. (2020). Membranas de intercambio de protones para la electrólisis del agua: estado y perspectivas. Revista internacional de energía del hidrógeno, 45(41), 20689-20707.
- Wang, M., Wang, Z. y Gong, X. (2019). Electrólisis del agua para la producción de hidrógeno: avances recientes y perspectivas futuras. Applied Energy, 240, 1-16.
- Carmo, M., Fritz, DL, Mergel, J., y Stolten, D. (2013). Una revisión exhaustiva sobre la electrólisis del agua mediante PEM. Revista internacional de energía del hidrógeno, 38(12), 4901-4934.
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