Raudan hapettumisreaktio lämpöenergian tuottajana

Abstract

Raudan hapettuessa vapautuu lämpöenergiaa ja muodostuu erilaisia ruosteyhdisteitä. Reaktio tarvitsee käynnistyäkseen happea ja elektrolyytin, yleisimmin suoloja sisältävän vesiliuoksen. Päätuotteet ovat magnetiitti ja götiitti. Reaktiosta saadaan pitkäkestoinen, nopea ja kontrolloitu lisäämällä esimerkiksi katalyyttia (NaCl) ja veden sitojia (aktiivihiili ja vermikuliitti). Tässä työssä tutkitaan raudan ruostumisreaktioon perustuvia lämpöpakkauksia ja niiden sisältämien aineiden vaikutuksia lämpöenergian tuottoon.

Tulosten perusteella hapen vaikutus lämmön tuottoon on suuri. Lämpöpakkauksien kääreen ilman läpäisevyydellä kontrolloidaan hapen saantia. Raudan aktiivisen pinta-alan kasvattaminen nopeuttaa reaktiota. Raudan partikkelien ollessa nanokokoa magnetiittia muodostuu hitaammin, jolloin hapettuminen on nopeampaa. Aktiivihiilen rooli on tärkeä, koska sen fysikaaliset ominaisuudet mahdollistavat veden nopean adsorption ja hitaan desorption, jolloin lämpöenergian tuotto on mahdollisimman nopeaa ja pitkäkestoista.

When the iron is oxidized, heat energy is released and various rust compounds are formed. To initiate the reaction needs oxygen and electrolyte, most commonly an aqueous solution containing salts. The main products are magnetite and goethite. The reaction is long-lasting, fast and controlled by adding, for example, catalyst (NaCl) and water binders (activated carbon and vermiculite). Iron oxidation-based heat packs and effects of their components on heat energy yield were studied in this work.

The effect of oxygen on heat output is high. Thermo-packaging wrapping with air permeability controls oxygen intake. Raising the active surface area of iron speeds up the reaction. When the iron particles are nano-sized, magnetite is formed more slowly, wherein the oxidation is faster. The role of activated carbon is important because its physical properties allow rapid adsorption of water and slow desorption.