MMO titaniumanode til spildevandsbehandling

Spildevandsrensning er blevet et centralt problem for at sikre økologisk sikkerhed og bæredygtig udvikling. Industrielt spildevand (såsom fra trykning og farvning, lægemidler, kemikalier og galvanisering) indeholder persistent organisk materiale, tungmetalioner og høje koncentrationer af salt. Elektrokemisk behandlingsteknologi er med sine fordele ved høj effektivitet, miljøvenlighed og stærk kontrollerbarhed blevet en nøgleteknologi til at imødegå udfordringerne ved kompleks spildevandsbehandling. Elektrodematerialets ydeevne bestemmer direkte effektiviteten og den økonomiske levedygtighed af denne teknologi.

Titanbaserede metaloxidbelagte anoder (MMO-titananoder, også kendt som DSA dimensionsstabile anoder) bruger et rent titaniumsubstrat belagt med en kompositbelægning af ædelmetaloxider såsom ruthenium, iridium og tantal. Dette opnår en perfekt kombination af korrosionsbestandighed og katalytisk aktivitet. De anvendes i vid udstrækning i industriel spildevandsrensning, desinfektion af drikkevand og afsaltning af spildevand med højt saltindhold, hvilket driver overgangen til en grønnere og mere effektiv spildevandsrensning.

Funktionsprincip for MMO-titananoder

MMO-titaniumanoder udnytter den dobbelte effekt af strømledning og katalytiske reaktioner til at drive oxidativ nedbrydning, flokkulering og elektrokemisk aflejring af forurenende stoffer i spildevand, hvilket opnår effektiv fjernelse af forurenende stoffer. Elektrokatalytisk oxidation er kernemekanismen i MMO-titaniumanoder til behandling af vanskeligt nedbrydeligt organisk materiale.

Direkte oxidation

Forurenende molekyler adsorberes direkte på de aktive steder i MMO-belægningen og oxideres og nedbrydes gennem elektronoverførsel. Ædelmetaloxider (såsom IrO₂ og RuO₂) i belægningen sænker reaktionens aktiveringsenergi, hvilket nedbryder de molekylære kæder af vanskeligt nedbrydeligt organisk materiale såsom benzen og phenoler, og omdanner dem i sidste ende til CO₂ og H₂O.

Indirekte oxidation

Elektroden katalyserer dannelsen af ​​stærke oxidanter, såsom hydroxylradikaler (・OH) og hypochlorsyrling (HClO) fra vandmolekyler eller kloridioner. Disse aktive stoffer har oxidationspotentialer på op til 2.8 V og kan angribe forurenende stoffer vilkårligt. Ved behandling af klorholdigt spildevand kan rutheniumbaserede belægninger effektivt omdanne kloridioner til hypochlorsyrling og opnå både nedbrydnings- og desinfektionsegenskaber. I et klorfrit system genererer iridiumbelægningen fortrinsvis hydroxylradikaler, der specifikt er rettet mod genstridigt organisk materiale.

Elektroflokkulering

Når en MMO-titaniumanode anvendes med en opløselig katode, såsom jern eller aluminium, kan den separere forurenende stoffer gennem elektrolyse for at generere et flokkuleringsmiddel. Strømmen, der ledes af anoden, opløser katoden og genererer metalioner såsom Fe⁺ og Al⁺. Disse ioner hydrolyserer i vand og danne flokke såsom jernhydroxid og aluminiumhydroxid, som effektivt adsorberer suspenderet materiale, kolloidale partikler og nogle tungmetalioner i spildevand, hvilket resulterer i udfældning og fjernelse. Denne mekanisme eliminerer behovet for yderligere kemiske flokkuleringsmidler og reducerer slamproduktionen med over 40 % sammenlignet med traditionelle flokkuleringsmetoder.

Elektrokemisk aflejring

For spildevand med tungmetal og højt saltindhold opnår MMO-titaniumanoden rensning gennem to proprietære mekanismer. Ved behandling af tungmetalspildevand forårsager det elektriske felt fra anoden, at tungmetalioner såsom Cu²⁺, Ni²⁺ og Cr⁶⁺ reduceres og aflejres ved katoden, hvilket opnår en genvindingsrate på over 95 %. Ved behandling af spildevand med højt saltindhold driver det elektriske felt dannet af anoden og katoden anioner såsom klorid og sulfat til at migrere mod anoden, mens kationer såsom natrium og calcium migrerer mod katoden, hvilket opnår synergistisk afsaltning og nedbrydning af organisk materiale.

Typer af MMO titaniumanoder

Ydeevneforskellene mellem MMO-titaniumanoder bestemmes primært af belægningens sammensætning og produktform. Forskellige typer elektroder er egnede til forskellige vandkvalitetsegenskaber og -krav. I betragtning af de mange forskellige scenarier inden for spildevandsbehandling bruger industrien primært følgende klassificeringsmetode til at kategorisere MMO-titaniumanoder:

(I) Klassificering efter belægning

Belægningssammensætningen bestemmer direkte elektrodens katalytiske egenskaber og anvendelige medier og er det centrale grundlag for klassificeringen af ​​MMO-titaniumanoder. MMO-titaniumanoder er primært opdelt i tre kategorier:

Ruthenium MMO titaniumanoder (Klorudviklingstype)

Rutheniumbaserede MMO-titaniumanoder (klorudviklingstype) bruger RuO₂ som den primære aktive ingrediens, typisk kombineret med IrO₂, TiO₂ eller SnO₂ for at danne et kompositbelægningssystem. Disse elektroder er den foretrukne elektrode til behandling af spildevand med højt kloridindhold. Deres primære fordel ligger i deres lave klorudviklingspotentiale (≤1.36V vs. SHE), hvilket gør dem i stand til effektivt at katalysere kloridioner til oxiderende forbindelser såsom hypoklorsyrling. De har også fremragende elektrisk ledningsevne og modstandsdygtighed over for klorkorrosion. Disse elektroder er velegnede til applikationer med høje kloridionkoncentrationer (typisk >1000 mg/L), såsom galvanisering af spildevand og afsaltningsopløsning. Driftsstrømområdet er <7500 A/m², og ydeevnen er stabil inden for temperaturområdet 25-80 °C. Det samlede ruthenium- og iridiumindhold i belægningen kontrolleres typisk mellem 8-35 g/m². Overfladen er sort, og en højtemperaturoxidationsproces danner en ensartet belægning, der er fast bundet til underlaget.

Iridium MMO Titanium Anode (Type iltudvikling)

Med IrO₂ som den primære aktive ingrediens og doteret med oxider som Ta₂O₅ og TiO₂ for at forbedre stabiliteten, er denne elektrode en kerneelektrode til iltudviklingsdomineret spildevandsbehandling. Dens fremragende egenskaber omfatter et moderat iltoverpotentiale, effektiv katalyse af vandmolekyler til dannelse af stærke oxidanter såsom hydroxylradikaler (・OH) og fremragende korrosionsbestandighed i sure og sulfatsystemer. Denne type elektrode er egnet til behandling af vanskeligt nedbrydeligt organisk materiale såsom tryk- og farvningsspildevand og farmaceutisk spildevand samt industrielt spildevand med højt sulfatyndhold. Belægningstabet kan være så lavt som 1-6 mg/A·a.

Kompositbelagt MMO titaniumanode

Specialiserede belægningssystemer, der er skræddersyet til komplekse spildevandskarakteristika, består typisk af en titanoxidkompositbelægning og en platinmetalmodificeret belægning. Titanoxidbelægningen tilbyder fremragende syre- og alkaliresistens, hvilket gør den velegnet til behandling af spildevand med højt sulfatindhold. Den platinmetalmodificerede belægning udviser usædvanlig høj katalytisk aktivitet, hvilket gør den velegnet til højpræcisionsnedbrydning af forurenende stoffer. Denne type elektrode tilbyder fremragende tilpasningsevne, hvilket gør det muligt at justere belægningsforholdet baseret på spildevandssammensætningen (f.eks. fluor-, fosfor- og tungmetalindhold). Den fungerer usædvanligt godt i behandlingen af ​​specialspildevand, såsom elektronisk spildevand og fint kemisk spildevand.

(II) Klassificering efter produktform

Afhængigt af strukturen og masseoverførselskravene for spildevandsbehandlingsudstyret kan MMO-titaniumanoder forarbejdes til en række forskellige former for at opnå ensartet strømfordeling og effektiv reaktion.

Mesh MMO Titanium Anode

Lavet af en gitterlignende struktur krydssvejset med titanium ledende strimler, kan maskestørrelsen tilpasses (f.eks. 12.7 × 4.5 mm eller 6 × 3 mm). Det tilbyder fordelene ved et stort overfladeareal og høj masseoverføringseffektivitet. Velegnet til brug i åbne elektrolytiske celler, store oxidationstanke og andre anvendelser, der kræver strømfordeling over et stort område, kan netelektroder effektivt reducere "bobleafskærmningseffekten" og forbedre reaktionensartetheden. Ved farvning af spildevandsrensning kan netelektroder forbedre farvestofnedbrydningseffektiviteten med over 30 % sammenlignet med pladeelektroder.

Rørformede/stangformede MMO-titananoder

Ved at anvende hule eller massive cylindriske strukturer kan længden tilpasses for at opfylde behandlingskravene. Den rørformede struktur skaber turbulent strømning, hvilket sikrer mere fuldstændig kontakt mellem elektrolytten og elektrodeoverfladen, hvilket forbedrer reaktionseffektiviteten med 40 % sammenlignet med pladeelektroder. De er velegnede til dybe brøndbehandlingssystemer, korrosionsbeskyttelse af rørledninger, spildevandsbehandling og cykliske elektrolytiske afsaltningsprocesser til spildevand med højt saltindhold. Et elektrolysesystem, der bruger titaniumrøranoder i en industripark, har opretholdt stabil ydeevne efter fem års kontinuerlig drift med en belægningstabsrate på mindre end 0.2 μm pr. år.

Strip/fleksible MMO titaniumanoder

Standard stripanoder er 6.35 mm brede og 0.635 mm tykke og fås i ruller på op til 76.2 meter eller 152.4 meter. Fleksible anoder anvender en ledende polymer kombineret med en MMO-belægning, der tilpasser sig komplekse former for behandlingsudstyr. De bruges primært til korrosionsbeskyttelse af tankbunde og spildevandsbehandling i uregelmæssigt formede reaktionsbeholdere. Placering i koncentriske ringe sikrer ensartet strømfordeling inden for ±0.1 V potentiel fluktuation, med en potentiel ensartethed på 98 %.