MMO titaniumanode til nitrobenzen

Som et uundværligt organisk kemisk råmateriale i den moderne industri spiller nitrobenzen en nøglerolle i farvestofsyntese, farmaceutisk fremstilling, pesticidproduktion og fremstilling af sprængstoffer. Spildevandet, der genereres ved dets produktion og anvendelse, er imidlertid meget giftigt og indeholder et højt kemisk iltforbrug (COD). Konventionelle behandlingsteknologier har svært ved effektivt at nedbryde det, hvilket udgør en alvorlig trussel mod miljøet og menneskers sundhed.

Elektrokemisk oxidationsteknologi er på grund af dens høje effektivitet, kontrollerbarhed og miljøvenlighed blevet et forskningshotspot og et teknologisk gennembrud inden for nitrobenzen-spildevandsbehandling. Titanbaserede metaloxidbelagte elektroder (MMO titanium anoder), er med deres fremragende katalytiske aktivitet, kemiske stabilitet og lange levetid blevet en kerneteknologi til nedbrydning af nitrobenzenspildevand.

Nitrobenzenforurening

Som et vigtigt mellemprodukt i forskellige syntetiske farvestoffer, herunder azofarvestoffer og anthraquinonfarvestoffer, er nitrobenzen et grundlæggende råmateriale i tekstiltryk- og farvningsindustrien. Det bruges også i syntesen af ​​febernedsættende og smertestillende lægemidler som paracetamol, samt sulfonamidantibiotika, og er i stor efterspørgsel i den farmaceutiske og kemiske industri. Det er også et vigtigt råmateriale til fremstilling af landbrugskemikalier såsom organofosforpesticider og herbicider. Det bruges også i vid udstrækning i fremstilling af eksplosiver, gummivulkanisering og olieraffinering.

Nitrobenzenforurening stammer primært fra reaktionsmoderluder, skyllevand fra udstyr og spildevand under produktionen. Koncentrationen svinger meget og spænder fra et par hundrede mg/L til titusindvis af mg/L. For eksempel afslørede testdata fra nitrobenzenspildevand fra en kemisk virksomhed COD-koncentrationer på helt op til 5700 mg/L, nitrobenzenlignende stoffer på 571 mg/L, en kromaticitet på helt op til 2500 gange og et saltindhold på over 39,000 mg/L, hvilket gør det til et typisk industrielt spildevand med høj risiko.

Økologiske skaderSom et persistent organisk forurenende stof er nitrobenzen vanskelig at nedbryde naturligt, når det først kommer ind i vandløb. Dette kan føre til et fald i niveauet af opløst ilt, forstyrre det akvatiske økosystem og forårsage et fald i akvatiske populationer og artsdiversitet.

SundhedstruslerNitrobenzen har klare "tritoksiske" virkninger (kræftfremkaldende, teratogene og mutagene). Det kan trænge ind i menneskekroppen gennem hudkontakt, indånding eller ophobning i fødekæden, hvor det skader nervesystemet, leveren, nyrerne og andre organer og forårsager anæmi og kronisk forgiftning.

KorrosionstruslerHøjkoncentreret nitrobenzenspildevand er ætsende for industrielt udstyr. Dets toksicitet kan også forstyrre den mikrobielle aktivitet i efterfølgende behandlingssystemer, hvilket påvirker produktionssikkerheden og behandlingseffektiviteten.

Funktionsprincippet for MMO-titananoden

MMO-titananoden nedbryder nitrobenzen gennem elektrokemisk oxidation. Dens kernemekanisme er dannelsen af ​​stærkt oxiderende stoffer på elektrodeoverfladen. Gennem en synergistisk effekt af direkte og indirekte oxidation ødelægger disse stoffer benzenringstrukturen og omdanner i sidste ende forurenende stoffer til et harmløst stof.

(I) Elektrokatalyse

MMO-titaniumanoden er baseret på industrielt rent titanium (TA1/TA2). Overfladen er belagt med en ædelmetaloxidbelægning (såsom RuO₂ og IrO₂), som udviser fremragende elektrokatalytisk aktivitet. Under påvirkning af et elektrisk jævnstrømsfelt katalyserer belægningen oxidationen af ​​vandmolekyler, hvilket genererer et stort antal hydroxylradikaler (・OH). Disse aktive stoffer har et oxidationspotentiale på op til 2.8 V og er i stand til ukritisk at angribe den stabile struktur af nitrobenzenmolekyler. Samtidig forekommer en direkte elektronoverførselsreaktion på anodeoverfladen, hvor nitrobenzenmolekyler, der er adsorberet på elektrodeoverfladen, direkte oxideres og nedbrydes.

(II) Nitrobenzennedbrydning

Den elektrokemiske nedbrydning af nitrobenzen følger en trinvis "reduktion efterfulgt af oxidation"-proces: Ved katoden reduceres nitrobenzen først til den mindre giftige anilin. Denne proces reducerer spildevandets biotoksicitet og forbedrer dets bionedbrydelighed. Derefter oxideres anilin yderligere under påvirkning af stærkt oxiderende stoffer, der genereres ved anoden, til mellemprodukter såsom benzoquinon og carboxylsyre, som i sidste ende nedbrydes til små uorganiske molekyler såsom kuldioxid, vand og nitrat. Denne trinvise nedbrydningsmekanisme sikrer en grundig behandling, samtidig med at ophobning af meget giftige mellemprodukter undgås.

MMO titaniumanodetyper

Baseret på belægningens sammensætning og strukturelle egenskaber er MMO-titaniumanoder, der er egnede til behandling af nitrobenzenspildevand, primært klassificeret i følgende tre kategorier.

(I) Iridium MMO titaniumanoder

Disse, typisk med et IrO₂-Ta₂O₅-belægningssystem, er yderst effektive iltudviklingselektroder med stærke antioxidantegenskaber og kemisk stabilitet. Deres kernefordel ligger i deres stabile drift i komplekse medier, herunder sure og alkaliske medier. Deres belægningstabsrate er mindre end 0.2 μm/år, og deres kontinuerlige levetid kan overstige fem år. I nitrobenzen-spildevandsbehandling genererer denne type elektrode effektivt hydroxylradikaler. Et casestudie hos en finkemisk virksomhed viste, at denne type elektrode kan reducere koncentrationen af ​​nitrobenzen-spildevand fra 120 mg/L til under 0.5 mg/L og dermed fuldt ud opfylde nationale klasse I-emissionsstandarder. Denne type elektrode er særligt velegnet til behandling af industrielt nitrobenzen-spildevand med høj koncentration og højt saltindhold.

(2) Ruthenium MMO titaniumanode

Ved at bruge RuO₂ som sin primære aktive ingrediens kombinerer den klorudvikling og oxidationsfunktioner og fungerer exceptionelt godt i kloridholdigt nitrobenzenspildevand. Dens funktionsprincip er at katalysere dannelsen af ​​oxiderende stoffer såsom hypochlorsyrling, hvilket opnår indirekte oxidativ nedbrydning af nitrobenzen. Den udviser også fremragende ledningsevne og strømeffektivitet. Denne type elektrode er relativt billig og egnet til små og mellemstore kemiske virksomheder med moderat saltindhold og følsomhed over for behandlingsomkostninger. Den anvendes i vid udstrækning i behandlingen af ​​farmaceutisk mellemproduktionsspildevand.

(3) Blydioxidbelagt titanode

Titanbaserede blydioxidbelagte anoder udviser unikke fordele ved nedbrydning af nitrobenzen. Belægningen udviser et ekstremt højt iltudviklingsoverpotentiale og stærk oxidationsevne, høj hårdhed og modstandsdygtighed over for syre- og alkalikorrosion. Strømeffektiviteten kan nå over 90%, og levetiden overstiger to år. På grund af blydioxidbelægningens stærke oxiderende egenskaber kan denne elektrode direkte nedbryde benzenringstrukturen i nitrobenzen, hvilket gør den særligt velegnet til behandling af komplekst spildevand, der indeholder forskellige nitrobenzenderivater. Den har vist sig betydelig effektivitet i behandling af spildevand fra mellemproduktion af farvestoffer.

Wstitanium bruger industrielt rent titanium, der opfylder ASTM B265 Gr1-standarderne og strengt kontrollerer indholdet af urenheder som kulstof, nitrogen og jern for at sikre, at basismaterialet har fremragende ledningsevne og korrosionsbestandighed. Vi tilbyder en komplet vifte af skræddersyede løsninger, der er skræddersyet til de specifikke egenskaber ved nitrobenzenspildevand i forskellige scenarier. Til nitrobenzenspildevand med høj koncentration har vi udviklet en IrO₂-Ta₂O₅-belagt elektrode med højt iridiumindhold, hvilket øger hydroxylradikaludbyttet med 25 % og forbedrer behandlingseffektiviteten med 40 % sammenlignet med almindelige elektroder. Til spildevand med højt saltindhold optimerer vi elektrodestrukturens design og integrerer det med et ionbytningsmembranelektrolysesystem for at opnå samtidig nedbrydning af organisk materiale og genvinding af saltressourcer, hvilket reducerer omkostningerne pr. ton spildevandsbehandling med 60 %. Vi tilbyder en række strukturelle produkter, herunder net, rør og plade, der præcist kan tilpasses den elektrolytiske cellestørrelse og strømningsfeltegenskaber for at sikre reaktionensartethed og masseoverførselseffektivitet.