MMO titaniumanode til phenol

Som et vigtigt kemisk råmateriale anvendes phenolisk formaldehyd i vid udstrækning i nøglesektorer som plastfremstilling, produktion af belægninger samt forskning og udvikling inden for klæbemidler. Brugen af ​​phenolisk formaldehyd fører dog uundgåeligt til udledning af meget giftigt spildevand. Forurenende stoffer som phenol og formaldehyd indeholdt i phenolisk formaldehyd er meget biotoksiske og vanskelige at nedbryde, hvilket udgør en alvorlig trussel mod det økologiske miljø og menneskers sundhed.

Den blandede metaloxid-titanelektrode (MMO titanium anode), en næste generations dimensionsstabil anode (DSA), anvender et industrielt rent titansubstrat og et præcisionscoated funktionelt lag af ædelmetaloxid til at skabe et yderst effektivt katalytisk system. Den udviser betydelige fordele i behandlingen af ​​vanskeligt nedbrydeligt organisk spildevand. Dens kerneegenskaber, herunder høj elektrokatalytisk aktivitet, fremragende korrosionsbestandighed og langvarig stabilitet, matcher perfekt behandlingskravene til phenolisk formaldehydspildevand, som er karakteriseret ved højt saltindhold, høj toksicitet og vanskeligt nedbrydelige egenskaber.

Forurening af fenolformaldehyd

Harpiksindustrien er det primære anvendelsesområde for phenolforbindelser. Produktionen af ​​termoplastiske og termohærdende phenolharpikser dækker en bred vifte af anvendelser, fra almindelig plast til industrielle materialer. Produktionen af ​​termoplastiske phenolharpikser alene genererer betydelige mængder phenol- og formaldehydholdigt spildevand. Phenolforbindelser fungerer som centrale reaktionssubstrater i syntesen af ​​farvestofmellemprodukter og fremstilling af farmaceutiske råmaterialer, og deres produktionsspildevand ledsages ofte af en række giftige biprodukter. Phenolformaldehydforurening, primært båret af spildevand, udviser de typiske egenskaber ved kompleks sammensætning, høj toksicitet og modstandsdygtighed over for nedbrydning.

Alvorlig toksicitetSpildevand indeholder ikke kun ureageret phenol (koncentrationer kan nå tusindvis af mg/L) og formaldehyd, men også methanol, lavmolekylære harpikser og reaktionsbiprodukter. Phenol kan forårsage proteindenaturering og koagulation. Formaldehyd, som et protoplasmisk toksin, kan forårsage celleinaktivering og genmutationer, og begge er opført som prioriterede forurenende stoffer.

Høj forurenende koncentrationSpildevands CODcr-niveauer overstiger generelt 10,000 mg/L, og kan under ekstreme forhold nå titusindvis af mg/L. De stærke hæmmende virkninger af phenol og formaldehyd på mikroorganismer resulterer typisk i spildevands B/C-forhold under 0.2.

Højt saltindholdBrugen af ​​sure katalysatorer såsom svovlsyre i produktionen af ​​termoplastiske phenolharpikser fører til et betydeligt forhøjet sulfatindhold i spildevand, hvilket yderligere hæmmer mikrobiel aktivitet.

MiljøfarerHvis phenolholdigt spildevand udledes ubehandlet, kan koncentrationer på over 100 mg/L føre til reduceret afgrødeudbytte. Koncentrationer over 500 mg/L udgør en alvorlig trussel mod vandlevende organismer, og forurenende stoffer ophobes gennem fødekæden, hvilket i sidste ende bringer menneskers sundhed i fare.

Funktionsprincippet for MMO-titananoden

MMO-titaniumanoden nedbryder phenoliske forurenende stoffer gennem elektrokemisk oxidation. Dens kernemekanisme er baseret på den synergistiske effekt af "direkte oxidation + indirekte oxidation". Det funktionelle lag af ædelmetaloxider, såsom iridium og ruthenium, der er belagt på overfladen af ​​MMO-titaniumanoden, spiller en central rolle i den katalytiske reaktion. Ved at regulere belægningssammensætningen opnås en balance mellem elektrokatalytisk aktivitet og stabilitet.

(I) Direkte oxidation

Under påvirkning af en ekstern jævnstrømskilde, når phenolisk spildevand kommer i kontakt med anodeoverfladen, diffunderer forurenende molekyler og adsorberer på de aktive steder i MMO-belægningen, hvilket resulterer i en direkte elektronoverførselsreaktion. Stærkt adsorberede hydroxylradikaler (・OH) genereret på anodeoverfladen angriber phenolens benzenringstruktur, bryder CO- og CC-bindingerne og oxiderer den gradvist til mellemprodukter såsom benzoquinon og carboxylsyre, som i sidste ende mineraliserer til CO₂ og H₂O. Denne proces kræver, at anodepotentialet er højere end forurenende stoffets nedbrydningspotentiale. MMO-belægningens lave iltudviklingsoverpotentiale (1.385 V vs. kviksølvsulfat) undertrykker effektivt iltudviklingens sidereaktion og forbedrer forurenende stoffets oxidationseffektivitet.

(II) Indirekte oxidativ nedbrydning

Baseret på vandkvalitetsegenskaberne i phenolisk spildevand kan indirekte oxidationsveje opdeles i to hovedtyper:
Klorbaseret oxidationssystem: For kloreret phenolspildevand med højt saltindhold forekommer en klorudviklingsreaktion på MMO-anodens overflade (2Cl⁻ – 2e⁻ = Cl₂↑). Den genererede klorgas reagerer hurtigt med vand og danner hypoklorsyrling (HClO). Som et stærkt oxidationsmiddel kan hypoklorsyrling effektivt nedbryde formaldehyd og phenolderivater, især lavkoncentrerede phenolforurenende stoffer.

Iltbaseret oxidationssystem: I et klorfrit eller lavklormiljø forekommer en iltudviklingsreaktion ved anoden (4OH⁻ – 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O). De genererede reaktive iltarter oxiderer forurenende stoffer. Ved at manipulere belægningssammensætningen (f.eks. ved at øge iridiumindholdet) kan iltudviklingspotentialet ved anoden øges, hvilket fremmer dannelsen af ​​stærke oxiderende frie radikaler og forbedrer evnen til at nedbryde vanskeligt nedbrydelige phenolforbindelser.

MMO titaniumanodetyper

For at imødekomme de forskellige karakteristika ved phenolisk spildevand fås MMO-titaniumanoder i en række specialiserede typer gennem differentierede belægningssammensætninger og strukturelle designs. Kerneklassificeringen er baseret på belægningssystemets kompatibilitet med anvendelsesscenariet.

Ruthenium-Iridium AnoderMed RuO₂-IrO₂ som de centrale aktive komponenter er disse anoder optimerede versioner af klor-udviklende anoder. Disse anoder kan forbedre klor-udviklingseffektiviteten med over 30 % i klorholdige miljøer og hurtigt generere hypoklorsyrling, der nedbryder phenoliske forurenende stoffer, hvilket gør dem særligt velegnede til behandling af phenolisk spildevand med højt saltindhold.

Iridium-tantal anoderMed IrO₂-Ta₂O₅ som primære belægningskomponenter er disse anoder yderst stabile iltudviklende anoder. Tilsætningen af ​​tantaloxid forbedrer belægningens syrekorrosionsbestandighed og oxidationsbestandighed betydeligt, hvilket muliggør stabil drift i stærke sure medier såsom svovlsyre. De kan direkte oxidere og nedbryde vanskeligt nedbrydelige phenoler ved at generere et højt iltpotentiale. Denne type anode er egnet til behandling af surt phenolspildevand genereret i industrier som galvanisering og kemiteknik. Dens iltudviklingspotentiale kan kontrolleres til under 1.40 V, og dens energieffektivitet er fremragende.

Retikuleret MMO titaniumanodeMed en tredimensionel netstruktur tilbyder den et stort overfladeareal og høj masseoverførselseffektivitet, hvilket effektivt reducerer koncentrationspolarisering og er egnet til kontinuerlig behandling af phenolisk spildevand med mellem og lav koncentration.

Rørformet MMO titaniumanodeMed en hul rørformet struktur tilbyder den stærk forureningsbestandighed og fleksibel installation. Den kan indsættes direkte i reaktorer eller dybe brønde for at behandle phenolisk spildevand med høj koncentration. Dens fremragende korrosionsbestandighed gør den meget anvendt i spildevandsbehandling omkring phenoliske lagertanke. Den kan modstå korrosion fra en række forskellige kemiske medier og opretholde en stabil strømstyrke.

Plade MMO titanium anodeMed en flad pladestruktur er den nem at fremstille og vedligeholde, hvilket gør den velegnet til miniaturiseret phenolisk spildevandsbehandlingsudstyr. Flere plader kan kombineres for at justere reaktionsområdet for at imødekomme varierende behandlingskapacitetskrav. Ulempen er imidlertid dens relativt lave masseoverføringseffektivitet, hvilket kræver en omrører.

Ved at udnytte sine kernefordele med høj katalytisk aktivitet, stærk stabilitet og bred tilpasningsevne overvinder MMO-titaniumanoden effektivt den vanskeligt nedbrydelige og meget giftige natur af phenolforbindelser gennem de synergistiske effekter af direkte og indirekte oxidation og bliver dermed et foretrukket alternativ til traditionelle behandlingsteknologier.