A potentiostatic study on the electrolysis of coal-water slurry was performed to investigate the effects of oxidation potential, particle size, coal concentration, temperature, and electrolyte.
The experiment was performed by the use of potentiostat in the three-electrode electrolytic cell which contains the coal-water (1M $H_2SO_4$) slurry in the anode compartment and the water (1M $H_2SO_4$) in the cathode compartment.
The pulse and sweep methods were used to obtain the current-potential curve, while the potentiostatic operation was performed to determine the effect of potential on the anodic gas composition.
It has been observed that the evolution of carbon dioxide occurred at -10 mV (vs SCE) and that of carbon monoxide occurred at 400 mV (vs SCE). The evolution of oxygen occurred at 1.1 V (vs SCE) for a platinum anode, but oxygen evolution did not occur at a graphite anode because of direct formation of carbon oxides on the electrode surface.
The mean current efficiency for hydrogen evolution was 99.97% with a standard deviation of 1.90%.
Larger coal particles provide higher rates during electro-oxidation. This means that the site of electro-oxidation is the electrode and larger coal particles encounter the anode more effectively.
In the potential range where only carbon dioxide evolved, the reaction order with respect to coal concentration was in the range of 0.820 to 0.867 for the platinum anode and 0.787 to 0.873 for the graphite anode. In the potential range where carbon dioxide and carbon monoxide simultaneously evolved, the reaction order with respect to coal concentration was in the range of 0.685 to 0.851 for the platinum anode and 0.466 to 0.891 for the graphite anode.
The higher the temperature the greater the oxidation current. The activation energy of electrochemical coal gasification was in the range of 10.7 to 12.5 Kcal/g-mol for the graphite anode and 7.4 to 7.7 Kcal/g-mol for the platinum anode at the potential range of carbon dioxide evolution.
석탄-물 혼합물의 전기분해 반응에 관여하는 전위차, 입자 크기, 석탄농도, 온도, 전해질 등의 효과를 조사하기 위해서 정전압 연구를 수행하였다.
실험은 정전압기기를 사용해서 양극에는 석탄과 1 M 황산 용액이 음극에는 1M 황산 용액이 들어있는 3-전극 전해 전지에서 수행하였다.
전류-전위 곡선을 구하기 위해서 펄스 방법, 스위프 방법을 이용하였으며, 각 전위차에 대한 양극에서 발생되는 기체 성분비를 구하기 위해 정전압 작업을 수행하였다.
이산화탄소는 -10 mv(vs SCE) 에서 발생하였고 일산화 탄소는 400 mV (vs SCE) 에서 발생하였다. 산소 발생의 경우 백금 전극에서는 1.1 V(vs SCE) 이상에서 발생하였으나 흑연 전극인 경우는 전극 표면에서 산화탄소들이 직접 형성됨으로 인해서 산소가 발생하지 않았다.
음극에서 생성되는 수소 기체에 대한 평균 전류 효율은 99.97% ± 1.90% 이었다.
석탄 입자 크기 효과를 보면 입자가 큰 것일수록 백금 전극과 흑연 전극 모두에 많은 전류가 흘렀다. 이는 반응이 전극 표면에서 이루어진다는 것과 큰 입자가 더 효과적으로 전극과 닿는 다는 것을 의미한다.
석탄-물 전기분해 반응의 석탄 농도에 대한 반응 차수를 보면 이산화탄소만 발생되는 전위에서는 백금 전극인 경우 0.820-0.867, 흑연전극인 경우 0.787-0.873으로 나타났고, 이산화 탄소와 일산화 탄소가 동시에 발생되는 전위에서는 백금 전극인 경우 0.685-0.851, 흑연 전극인 경우 0.466-0.891로 나타났다.
온도 효과를 보면 온도가 높을수록 많은 전류가 흘렀는데, 전기화학 반응 활성화 에너지를 보면 백금 전극인 경우 7.4-7.7 kcal/g-mol, 흑연 전극인 경우 10.7-12.5 kcal/g-mol로 나타났다.