MMO Titanium Anode Til Farvestof

Farvestoffer, som centrale råmaterialer, der giver materialer farve, er uundværlige i moderne industrielle systemer. Farvestofspildevand er dog blevet en fremtrædende udfordring i den globale industrielle spildevandsbehandling. Med den hurtige udvikling af industrier som tekstiltryk og -farvning, læder- og papirtryk er udledningen af ​​farvestofspildevand steget årligt.

Traditionelle behandlingsteknologier, såsom bionedbrydning og adsorption, er generelt begrænset af lave affarvningsrater, ufuldstændig nedbrydning og generering af sekundær forurening, når man har at gøre med den komplekse og yderst stabile sammensætning af moderne syntetiske farvestoffer. MMO titanium anoder (blandet metaloxidbelagte titananoder), et yderst effektivt elektrokemisk materiale, anvender industrielt rent titanium som substrat og er belagt med en kompositbelægning af ædelmetaloxider såsom ruthenium, iridium og tantal. Deres fremragende elektrokatalytiske aktivitet, kemiske stabilitet og exceptionelt lange levetid gør dem enestående fordelagtige i den avancerede behandling af farvestofspildevand.

Spildevandsforurening med farvestof

Tekstiltryk- og farvningsindustrien er den primære kilde til farvestofspildevand. Under farvnings-, tryknings- og fikseringsprocesserne for bomuld, hør, silke og kemiske fibre udledes cirka 10%-20% af farvestoffet med skyllevandet, hvilket resulterer i spildevand med høj kroma og høje koncentrationer af organisk materiale. Dette genererer i gennemsnit 200-300 tons spildevand pr. ton stof. Ved syntesen af ​​azofarvestoffer, anthraquinonfarvestoffer og reaktive farvestoffer er råmaterialeomdannelsesraten typisk kun 70%-80%. Ureagerede aromatiske forbindelser, mellemprodukter og biprodukter kommer ind i spildevandssystemet under vaske- og separationsprocesserne, hvilket resulterer i en kompleks sammensætning og høj toksicitet.

Høj kromaSpildevandet er mørkt i farven og forbliver mærkbart selv efter fortynding tusindvis af gange. For eksempel udviser azofarvestofspildevand levende farver som rød og gul, mens antraquinonfarvestofspildevand ofte udviser blå eller sorte nuancer. Disse spildevand påvirker ikke kun vandets gennemsigtighed, men udgør også potentielle toksiske risici.

Høje koncentrationer af forurenende stofferCOD (kemisk iltforbrug) ligger typisk mellem 800 og 5000 mg/L, hvor noget spildevand med høj koncentration når op på titusindvis af mg/L. Det indeholder også store mængder suspenderet stof, salt og tilsætningsstoffer, hvilket lægger en betydelig byrde på vandrensningen.

Høj toksicitetAromatiske aminforbindelser, tungmetaller (såsom kobber, krom og nikkel) og formaldehyd i spildevand er kræftfremkaldende, teratogene og mutagene og forårsager uoprettelig skade på organismer.

Genstridig overfor nedbrydningDe fleste syntetiske farvestoffer har stabile konjugerede dobbeltbindinger, hvor B/C-forhold (bionedbrydelighedsforhold) ofte er under 0.2, hvilket gør dem ekstremt bionedbrydelige og vanskelige at nedbryde effektivt ved hjælp af traditionelle behandlingsteknologier.

Hvis farvestofspildevand udledes direkte uden behandling, kan det hurtigt forstyrre den økologiske balance hos vandplanter, hvilket hæmmer fotosyntese, forgifter og dræber fisk og andre organismer. Hvis det siver ned i jorden, kan det forurene grundvandet og ophobe sig gennem fødekæden, hvilket påvirker menneskers sundhed.

Funktionsprincip for MMO-titananoder

Kernen i MMO-titananodebehandling af farvestofspildevand er elektrokatalytisk oxidationsteknologi. Stærke oxiderende stoffer genereres på elektrodeoverfladen, hvilket ødelægger farvestoffets molekylære struktur og fuldstændigt nedbryder det til ikke-giftige og harmløse stoffer. Denne teknologi bruger i bund og grund elektrisk energi til at drive redoxreaktioner og opnår en harmløs omdannelse af forurenende stoffer.

Direkte elektrokatalytisk oxidation

Farvestofmolekyler adsorberes på MMO-belægningsoverfladen gennem diffusion. Ved anoden mister de elektroner direkte og gennemgår en oxidationsreaktion. Stabile strukturer såsom konjugerede dobbeltbindinger og benzenringe brydes, nedbrydes gradvist til små organiske molekyler og omdannes i sidste ende til CO₂ og H₂O. For eksempel oxideres -N=N--bindingen i azofarvestoffer direkte og brydes ved anoden, hvilket genererer de tilsvarende aminforbindelser, som yderligere oxideres til uorganiske forbindelser.

Indirekte elektrokatalytisk oxidation

MMO-belægningens høje katalytiske aktivitet fremmer oxidationsreaktioner i vandmolekyler eller elektrolytter, hvilket genererer stærke oxiderende stoffer såsom hydroxylradikaler (・OH) og reaktive iltstoffer. Hydroxylradikalet, med sit redoxpotentiale på så højt som 2.8 V, kan ukritisk angribe farvestofmolekyler og hurtigt ødelægge deres kromoforer og molekylære rygrad, hvilket opnår effektiv affarvning og organisk nedbrydning. Reaktionsligningen kan udtrykkes som: H₂O → ・OH + H⁺ + e⁻, ・OH + farvestofmolekyler → CO₂ + H₂O + uorganiske salte. Hvis spildevandet indeholder elektrolytter såsom kloridioner, forekommer en klorudviklingsreaktion ved anoden for at producere Cl₂, som yderligere omdannes til oxidanter såsom hypochlorsyrling (HClO), hvilket forstærker den indirekte oxidationseffekt. Dette gør det særligt velegnet til behandling af farvestofspildevand med højt saltindhold.

MMO-titaniumanodens fremragende ydeevne stammer fra den synergistiske effekt af titansubstratet og kompositbelægningen. Ædelmetaloxiderne, såsom IrO₂ og RuO₂, i belægningen har fremragende elektronoverførselsegenskaber, hvilket reducerer aktiveringsenergien i oxidationsreaktionen betydeligt. Dette muliggør effektiv nedbrydning af farvestofmolekyler ved lavere potentialer med en reaktionshastighed, der er 3-5 gange højere end for traditionelle grafitelektroder. MMO-belægningens polariserbarhed kan kontrolleres inden for 40 mV, hvilket er meget lavere end grafitanodens 200 mV. Den kan effektivt reducere cellespændingen under elektrolyseprocessen og reducere energiforbruget pr. enhed COD-fjernelse med mere end 30 % sammenlignet med traditionelle elektroder.

MMO titaniumanodetyper

Forskellige typer MMO-titaniumanoder vælges afhængigt af vandkvalitetsegenskaberne i farvestofspildevandet, behandlingsskalaen og udstyrets struktur. Nøgleklassificeringskriterier omfatter strukturel morfologi, belægningssammensætning og anvendelsesscenarier.

Mesh MMO titaniumanoder: Baseret på ASTM B265 Gr1 titaniumnet, belagt med en RuO₂-IrO₂ kompositbelægning. Nettætheden varierer fra 50-200 mesh, med en porøsitet på 60%-80%. Det specifikke overfladeareal er 3-5 gange højere end for flade elektroder. De er velegnede til behandling af tekstiltryk og farvning, blegning og spildevand i små og mellemstore elektrolytiske celler, og de opnår farvefjernelseshastigheder på over 90% og COD-fjernelseshastigheder på over 85% ved en strømtæthed på 1000A/m², med en levetid på over 5 år.

Plade MMO titanium anoder: De er fremstillet af 0.5-3 mm tykke titaniumplader, der gennemgår en sandblæsningsruhedsproces og er belagt med en IrO₂-Ta₂O₅-belægning, og tilbyder høj strukturel styrke og ensartet strømfordeling. De anvendes primært til behandling af farvestofspildevand med høj koncentration (COD > 2000 mg/L), såsom restvæske fra farvestofproduktion, og de opretholder stabil drift ved en høj strømtæthed på 2000 A/m² med en accelereret levetidstest på over 120 timer.

Rørformet MMO titaniumanode: 50-200 mm Φ titanrør belagt med en speciel kompositbelægning er velegnede til kontinuerlige elektrolysereaktorer, der forbedrer kontakten mellem spildevand og elektroden. De er særligt velegnede til behandling af fluidiseret spildevand i læderindustrien, da en enkelt anode kan behandle 5-10 m³/dag.

Fleksibel MMO titaniumanodeBaseret på et titaniumtrådsubstrat, belagt med en IrO₂-Ta₂O₅-belægning og indpakket i et syre- og alkalibestandigt flettet ydre lag, er den bøjelig og oprullelig og tilpasser sig komplekst behandlingsudstyr eller underjordiske infiltrationssystemer. Velegnet til behandling af farvestofspildevand i lagertanke, klæber den tæt til tankvæggen, eliminerer potentielle blinde vinkler og har en levetid på over 50 år.

Ruthenium-Iridium AnoderVed at bruge RuO₂-IrO₂ som aktive komponenter tilbyder de et kloridudviklingspotentiale på ≤1.36 V og er velegnede til farvestofspildevand med højt saltindhold, der indeholder kloridioner. De forbedrer indirekte oxidation og opnår strømeffektiviteter på over 95 %. I spildevandsbehandling fra tekstiltryk og -farvning opnår de, kombineret med et tredimensionelt elektrodesystem, COD-fjernelseshastigheder på op til 85 % og farvefjernelseshastigheder på over 90 %.

Iridium-tantal anoder: De er sammensat af en IrO₂-Ta₂O₅-belægning og tilbyder et højere iltudviklingspotentiale. De er velegnede til farvestofspildevand med lavt kloridindhold, hvorved de undgår interferens fra klorudviklingsreaktionen. Deres katalytiske aktivitet er mere stabil under sure forhold, hvilket gør dem særligt velegnede til behandling af anthraquinon-farvestofspildevand.

Specielt dopede belagte anoderVed at anvende PbO₂-MnO₂-dopede belægninger eller belægninger modificeret med sjældne jordarter optimerer de den katalytiske ydeevne for svært nedbrydelige farvestofmolekyler. De er specielt designet til behandling af meget giftigt og stabilt farvestofspildevand, hvilket øger affarvningsraterne med over 40 % sammenlignet med konventionelle belægninger.

Specialtilpassede anoderFor at imødekomme behovene i særlige scenarier kan specielle MMO-titaniumanoder tilpasses, såsom mikropladeanoder (størrelse 10 × 20 mm) til laboratorietests, modulære kombinationsanoder til store oxidationstanke og smarte anoder med integreret potentialovervågningsfunktion, som kan give feedback i realtid om reaktionsstatus og opnå præcis kontrol.