MMO titaniumanode til antibiotika

Antibiotika, et stort gennembrud inden for humanmedicin, er blevet et centralt stof til forebyggelse og behandling af infektionssygdomme, beskyttelse af folkesundheden og fremme af storstilet udvikling af husdyrindustrien. Den store mængde antibiotikarester, der genereres under produktion, brug og bortskaffelse, er dog gradvist ved at blive et globalt miljøproblem. Overvågning har fundet over 68 typer antibiotika i overfladevand, grundvand og endda drikkevand, hvilket udgør en potentiel trussel mod økosystembalancen og menneskers sundhed gennem deres kumulative virkninger.

Blandede metaloxid-titananoder (MMO titanium anoder), som yderst effektive elektrokatalytiske elektroder, udviser banebrydende fordele inden for antibiotikanedbrydning takket være korrosionsbestandigheden og den høje katalytiske aktivitet af deres titaniumsubstrat.

Antibiotisk kontaminering

Brugen af ​​antibiotika har gennemsyret adskillige nøglesektorer, herunder sundhedsvæsenet og landbruget. Som centrale lægemidler til behandling af bakterieinfektioner anvendes antibiotika som penicilliner og cephalosporiner i vid udstrækning til behandling af luftvejs- og urinvejsinfektioner og fungerer som en afgørende forsvarslinje for menneskers sundhed. Tetracykliner og makrolider anvendes i vid udstrækning i husdyr- og fjerkræavl for at forebygge dyresygdomme og fremme vækst. I fødevareindustrien bruges antibiotika til at konservere frugt og grøntsager og kontrollere bakterier i ølproduktion.

Kilder til forurening

Højkoncentreret spildevand genereret fra farmaceutisk produktion (med antibiotikakoncentrationer, der når hundredvis til tusindvis af mg/L) er en væsentlig kilde til forurening. Omtrent 10%-30% af antibiotikaråmaterialer udledes med spildevandet. Medicinske systemer genererer også antibiotikaholdigt medicinsk spildevand og patientekskrementer. Husdyrgødning og spildevand fra husdyr- og fjerkræavl, hvor uabsorberede antibiotika kan komme ud i miljøet, bidrager til spredning af kontaminering. Desuden forværrer forkert bortskaffelse af udløbne antibiotika spredningen af ​​kontaminering.

Miljøfarer

Lave koncentrationer af antibiotika i miljøet kan få bakterier til at udvikle lægemiddelresistente gener. Genoverførsel kan føre til dannelsen af ​​superbakterier, hvilket udgør en betydelig udfordring for klinisk antiinfektiøs behandling. Antibiotika er betydeligt giftige for vandlevende organismer. For eksempel er den halvhæmmende koncentration (EC50) af tetracyklin for alger kun 0.5-2.0 mg/L, hvilket kan forstyrre balancen i akvatiske fødekæder. For landorganismer kan antibiotikarester i jorden hæmme aktiviteten af ​​jordorganismer såsom regnorme, hvilket reducerer jordens frugtbarhed.

Trusler mod menneskers sundhed

Antibiotika kan trænge ind i menneskekroppen gennem drikkevand og fødekæden. Langvarig ophobning kan forstyrre det endokrine system og påvirke immunfunktionen, hvilket udgør en potentiel risiko for børns udvikling.

Svær at behandle

Amidbindinger, hydroxylgrupper og andre grupper i deres molekylære struktur gør dem kemisk stabile. Konventionelle behandlingsteknologier fjerner generelt mindre end 60% af disse antibiotika. De har også en tendens til at danne komplekser med andre forurenende stoffer i vand, hvilket yderligere komplicerer behandlingen.

Funktionsprincippet for MMO-titananoden

MMO-titaniumanoden nedbryder antibiotika gennem elektrokatalytisk oxidation, der integrerer direkte og indirekte oxidationsmekanismer. Nedbrydningsvejen justeres dynamisk baseret på antibiotikatypen, koncentrationen og vandmatrixens egenskaber, hvilket i sidste ende opnår en harmløs behandling.

(I) Direkte oxidation

Direkte oxidation involverer direkte oxidation af antibiotikamolekyler på anodeoverfladen gennem elektronoverførsel, hvilket gør den velegnet til behandling af antibiotisk spildevand med høj koncentration.

Antibiotiske molekyler adsorberes på MMO-belægningsoverfladen gennem elektrostatisk tiltrækning, hydrogenbinding og andre interaktioner. Under påvirkning af det elektriske felt mister antibiotikamolekylerne elektroner og oxideres til kationiske frie radikaler. Kemiske bindinger brydes efterfølgende, såsom den foretrukne spaltning af β-lactamringen i β-lactamantibiotika, hvilket resulterer i tab af antimikrobiel aktivitet.

Oxidationsmellemprodukter gennemgår yderligere ringåbningsreaktioner, hvor de omdannes til små organiske molekyler såsom carboxylsyrer og aldehyder. I sidste ende omdannes nogle af disse produkter til CO₂, H₂O og uorganiske ioner, hvorved der opnås fuldstændig mineralisering. Eksperimenter har vist, at penicillins direkte oxidationseffektivitet på MMO-anodeoverfladen kan overstige 80%.

(II) Indirekte oxidation

Indirekte oxidation udnytter reaktive oxidative arter (ROS), der genereres ved anoden, til at nedbryde antibiotika og er en dominerende metode i lavkoncentreret spildevandsbehandling.

H₂O eller OH⁻ udledes ved anodens overflade og genererer fysisk adsorberet ・OH. Med et redoxpotentiale på så højt som 2.8 V kan ・OH ukritisk angribe aktive grupper på antibiotikamolekyler, hvilket initierer en kædeoxidationsreaktion og opnår en "elektrokemisk forbrændings"-lignende nedbrydningsproces. Denne proces kan opnå en mineraliseringshastighed på over 90 % for tetracyklin-antibiotika.

I et klorholdigt elektrolytsystem oxideres Cl⁻ til Cl₂ ved anoden, som yderligere hydrolyseres for at danne reaktive klorarter såsom HClO⁻/ClO⁻. Disse arter oxiderer effektivt amino- og hydroxylgrupper i antibiotikamolekyler. Samtidig danner metaloxider såsom Ru og Ir i MMO-belægningen et reversibelt redoxpar, der kontinuerligt oxiderer og nedbryder forurenende stoffer gennem valenstilstandscyklusser. I klorholdig spildevandsbehandling kan denne proces øge effektiviteten af ​​fjernelse af antibiotika med over 30%.

(III) Synergistisk nedbrydning

MMO-titaniumanoden kan skabe en synergistisk effekt med andre teknologier, hvilket forstærker antibiotikanedbrydningseffekten. I elektro-Fenton-systemet reagerer H₂O₂, der genereres ved katoden, med Fe²⁺ og danner ・OH, hvilket øger COD-fjernelseshastigheden for ceftriaxon-natrium fra 65 % alene i elektrolyse til 92 %.

Fordele ved Wstitanium

Som professionel producent af MMO-titaniumanoder benytter Wstitanium sig af et omfattende forsknings- og udviklingssystem samt produktionsteknologi. Virksomhedens MMO-titaniumanoder, der er specielt designet til antibiotikabehandling, udviser omfattende fordele inden for ydeevne, kvalitet og service.

(I) Råvarer

Wstitanium har etableret et strengt kvalitetskontrolsystem for råmaterialer. Alle titansubstrater er lavet af Gr1 rent titanium, der opfylder ASTM-standarderne med en renhed på over 99.6%. Gennem flere processer, såsom sandblæsning og bejdsning, kontrolleres titansubstratets overfladeruhed til Ra 1.5-3.0 μm, hvilket sikrer en belægningsvedhæftning på >5 MPa.

RuO₂ titaniumanode, udviklet til spildevand med højt saltindhold, kan prale af en stigning på 30 % i klorudviklingseffektiviteten og en stigning på 25 % i aktiv klorproduktion sammenlignet med industristandarder.

IrO₂-Ta₂O₅ Titaniumanoden er designet til spildevand med høj koncentration. OH-genereringen øges med 45%, og antibiotikamineraliseringshastigheden kan nå over 80%.

Introduktionen af ​​​​sjældne jordartsdopingteknologi reducerer belægningens energiforbrug til under 0.5 μg/Ah, hvilket forlænger dens levetid med 50% sammenlignet med konventionelle belægninger.

(II) Belægning

Robotsprøjtning anvendes til påføring af belægning med en tykkelsestolerance kontrolleret til ±2 μm for at sikre ensartethed i belægningen.

Højtemperatursintring udføres i en programmeret temperaturovn, hvor sintringstemperaturen er præcist kontrolleret mellem 400-600 °C for at sikre en stabil belægningskrystalstruktur. Testningen udføres af autoritative institutioner og omfatter 12 indikatorer, herunder belægningssammensætning, elektrokemiske egenskaber og korrosionsbestandighed. Den kvalificerede andel af MMO-titaniumanoder forbliver over 99.5 %.

(3) Tilpasning

Wstitanium har grundigt undersøgt karakteristikaene ved antibiotisk spildevand fra forskellige industrier og tilbyder omfattende tilpasningstjenester:
Vi fremstiller anoder i forskellige former, herunder flade, rørformede og net-anoder, skræddersyet til størrelsen af ​​behandlingsudstyret. Net-anoder kan forbedre masseoverføringseffektiviteten med 50 % og accelerere antibiotikanedbrydningen med 40 %. Vi optimerer belægningsformuleringer og elektrodedimensioner til antibiotikaspildevand med varierende koncentrationer (50-5000 mg/L) og typer (såsom β-laktamer og tetracykliner) og opnår dermed en balance mellem energiforbrug og effektivitet.