MMO titaniumanode til kloralkali

kloralkali Kemikalieindustrien, en central søjle i den grundlæggende kemiske industri, producerer tre vigtige kemiske råmaterialer: klor, brint og kaustisk soda, gennem elektrolyse af mættet saltlage. Denne industri støtter i høj grad udviklingen af ​​​​downstream-industrier såsom plast, tekstiler, lægemidler og papirfremstilling.

Blandede metaloxid-titananoder (MMO titanium anoder) har fuldstændigt overvundet udfordringerne ved traditionelle grafitanoder, herunder hurtig korrosion og tab, lav strømeffektivitet og høje forurenende emissioner. Dette har bidraget til at øge den globale klor-alkali-produktionskapacitet til over 41 millioner tons om året, hvilket har øget elektrolyseeffektiviteten med 40 % og reduceret energiforbruget med 30 %. MMO-titaniumanoder er blevet en standardkomponent i den moderne klor-alkaliindustri.

Industrielle principper for MMO-titananoder

Kerneprincippet bag anvendelsen af ​​MMO-titaniumanoder i klor-alkaliindustrien er elektrokemisk katalyse. Den grundlæggende reaktion i klor-alkaliindustrien er den elektrolytiske nedbrydning af mættet saltlage (NaCl-opløsning). MMO-titaniumanoder fungerer som anoder og genererer kloridionoxidationsreaktionen:

Charge Transfer

Under et påført elektrisk felt indfanger de aktive steder for ædelmetaloxid i MMO-belægningen kloridioner (Cl⁻) i elektrolytten og oxiderer Cl⁻ til Cl₂ via elektronovergange. Den anodiske reaktionsligning er: 2Cl⁻ – 2e⁻ = Cl₂↑. Krystalstrukturen af ​​den rutheniumbaserede belægning giver en passende adsorptionsenergi og reaktionsvej for kloridioner, hvilket reducerer reaktionens aktiveringsenergi med 20%-30% og øger reaktionshastigheden betydeligt.

Katalytisk kontrol

Tilstedeværelsen af ​​OH⁻-ioner i klor-alkali-elektrolytten kan potentielt føre til en iltudviklingssidereaktion (4OH⁻ – 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O). Belægningen på MMO-titaniumanoden sikrer, at overpotentialet for klorudviklingsreaktionen er betydeligt lavere end for iltudviklingsreaktionen. Klorrenheden kan nå over 99.95%.

Katodekooperativ reaktion

Elektroner genereret ved anoden overføres til katoden via et eksternt kredsløb, hvilket reducerer vandmolekyler til dannelse af hydrogen og natriumhydroxid. Reaktionsligningen er: 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻. MMO-titaniumanodens dimensionsstabilitet sikrer en konstant afstand mellem elektroderne inden for en tolerance på ±0.5 mm. Cellespændingsudsving kontrolleres inden for ±2%, hvilket giver et stabilt elektrisk feltmiljø for katodereaktionen.

Fordele ved MMO titaniumanoder

MMO-titaniumanoder optimerer energieffektiviteten i klor-alkaliindustrien gennem flere mekanismer.

Reduceret overpotentialeDen katalytiske belægning reducerer overpotentialet for klorudvikling fra 3.2 V til under 2.8 V, hvilket reducerer energiforbruget.

Øget strømtæthedNetstrukturen understøtter en stigning i strømtætheden fra 8A/dm² til 17A/dm², hvilket øger produktionskapaciteten betydeligt inden for det samme cellevolumen.

Reducerede tab ved sidereaktionerMeget selektiv katalyse øger strømeffektiviteten til 94%-97%, hvilket er betydeligt højere end de cirka 85% af grafitanoder, hvilket reducerer energiforbruget.

Forlængede vedligeholdelsesintervallerAnodens levetid forlænges fra 8 måneder til 6-8 år, hvilket reducerer produktionstab forårsaget af nedetid i forbindelse med anodeudskiftning og forbedrer den samlede energieffektivitet med 15%-25%.

Typer af MMO titaniumanoder

Kernereaktionen i klor-alkaliindustrien er klorudvikling, hvilket stiller strenge krav til anodens katalytiske specificitet, modstandsdygtighed over for klorkorrosion og strømbærende kapacitet. MMO-titaniumanoder, der er egnede til klor-alkaliindustrien, klassificeres primært i følgende kategorier:

1. Rutheniumbelagte titaniumanoder

Dette er den mest anvendte type MMO-titaniumanode i klor-alkaliindustrien. Kernebelægningssystemet bruger rutheniumdioxid (RuO₂) som aktiv komponent, typisk doteret med oxider af elementer som iridium (Ir) og titanium (Ti) for at danne en kompositstruktur. Typiske formuleringer inkluderer en RuO₂-IrO₂- eller RuO₂-TiO₂-gradientbelægning. Ruthenium udviser stærk katalytisk aktivitet til kloridionoxidation, hvilket gør det muligt at kontrollere klorudviklingsoverpotentialet ved ≤1.36 V (vs. SHE), hvilket reducerer elektrolyseenergiforbruget betydeligt.

2. Ruthenium-Ir-Tantal-belagte titananoder

Ruthenium-Ir-Tantal-belagte titananoder anvendes i store klor-alkali-anlæg med høje strømtætheder og lange driftscyklusser. Dens katalytiske synergistiske effekt kan øge strømeffektiviteten til 94%-97%, og klorrenheden når 99.98%.

3. Platinbelagte titaniumanoder

Til anvendelser, der kræver ekstremt høj renhed, muliggør platinbelagte titananoder en klorrenhed på over 99.99%. Deres høje pris gør dem dog kun egnede til nicheapplikationer i den høje ende.

4. Mesh MMO Titanium Anode

Baseret på et titaniumnet har den en porøsitet på 60%-80% og et specifikt overfladeareal, der er 3-5 gange større end flade elektroder, hvilket forbedrer elektrolyttens masseoverføringseffektivitet og reaktionskontaktareal betydeligt. Dens tredimensionelle netstruktur muliggør præcise designs med en afstand mellem elektroderne på 0.3 mm og modstår mekaniske belastninger på 200 N/cm² uden deformation.

5. Rørformet MMO titaniumanode

Den er fremstillet af et hult titaniumrør med en katalytisk belægning og anvendes primært i dybbrøndselektrolysører eller klor-vand-cirkulationssystemer. Dens cylindriske struktur muliggør ensartet elektrolytstrømning hen over reaktionsgrænsefladen, hvilket reducerer koncentrationspolarisering og opretholder stabil drift selv ved høje strømningshastigheder (3 m/s).

6. Plade MMO Titanium Anode

Den er fremstillet af en 3-5 mm tyk ren titanplade (Gr1/Gr2), sandblæst og rillet og derefter belagt med en katalytisk belægning, hvilket giver en enkel struktur og lave produktionsomkostninger. Den pladeformede anode har en stærk strømbæreevne.

Med skræddersyet belægningsteknologi, præcisionsfremstilling og skræddersyede tjenester har Wstitaniums MMO-titaniumanoder betydelige fordele inden for katalytisk effektivitet, korrosionsbestandighed og omkostningskontrol, hvilket giver kloralkalivirksomheder løsninger, der både er teknologisk avancerede og økonomisk gennemførlige.