MMO titaniumanode til svovl

Sulfider, et kritisk industrielt stof, er bredt forekommende i kerneindustrier såsom minedrift, petrokemikalier samt tekstiltryk og -farvning. Ubehandlede sulfidemissioner er blevet en væsentlig kilde til global vand- og luftforurening.

Blandede metaloxid-titananoder (MMO titaniumanoder), en næste generations dimensionsstabil anode (DSA), anvender et kommercielt rent titansubstrat belagt med ædelmetaloxider såsom ruthenium, iridium og tantal for at skabe et yderst effektivt katalytisk system. Ved at udnytte sine kernefordele med høj elektrokatalytisk aktivitet, fremragende korrosionsbestandighed og langvarig stabilitet, udviser de enestående ydeevne inden for behandling af sulfidforurening.

Sulfidforurening

Sulfid og dets derivater anvendes på tværs af flere industrisektorer og danner et diversificeret anvendelsessystem centreret omkring den kemiske industri. Sulfidmidler såsom natriumsulfid er nødvendige i flotation og hydrometallurgi af ikke-jernholdige metalsulfidmalme (såsom kobber, zink og bly). Malmnedbrydning frigiver også store mængder sulfid, og det resulterende opslæmningsspildevand er en væsentlig kilde til sulfidforurening. Organiske sulfider (såsom mercaptaner og sulfider) indeholdt i råolie skal fjernes ved afsvovling under raffinering. Det resulterende svovlholdige spildevand og hydrogensulfid-røggasbehandlingsvæske udgør forureningskilder med høj koncentration. Sulfidforurening, primært båret af spildevand og røggas, udviser de typiske karakteristika høj toksicitet, hurtig omdannelse og udbredt skade.

Alvorlig toksicitetSulfid kan omdannes til svovldioxid, svovldioxid og hydrogensulfid (H₂S) under varierende pH-forhold. Hydrogensulfid er en meget giftig gas. Luftbårne koncentrationer på over 10 mg/m³ er irriterende for mennesker, og koncentrationer på over 1000 mg/m³ kan være øjeblikkeligt dødelige. Sulfid i spildevand kan forårsage kvælning og død for vandlevende organismer, og selv fisk kan blive påvirket ved koncentrationer så lave som 0.5 mg/L.

KorrosionSulfid omdannes let til hydrogensulfid af mikroorganismer i anaerobe miljøer, som slipper ud i atmosfæren og forårsager dårlig lugtforurening. Sulfid reagerer også med metaludstyr og danner sulfidudfældninger, hvilket fører til korrosion og perforering af rør og reaktorer.

Forurening i vid udstrækningUdledning af svovlholdigt spildevand reducerer hurtigt mængden af ​​opløst ilt i vandet, hvilket skaber et anaerobt miljø, der får vandet til at blive mørkt og lugtende, hvilket påvirker akvatiske økosystemer. Organiske sulfider er bioakkumulerende, akkumuleres gennem fødekæden og i sidste ende bringer menneskers sundhed i fare. Desuden komplicerer komplekse arbejdsforhold såsom højt saltindhold og stærk surhed yderligere sulfidkontrol.

Funktionsprincippet for MMO-titananoden

MMO-titananoden opnår effektiv nedbrydning og omdannelse af sulfider gennem elektrokemisk oxidation. Belægningens katalytiske aktive steder forstyrrer sulfidernes stabile kemiske struktur og omdanner dem til harmløse eller lavtgiftige stoffer.

(I) Direkte oxidation

Under påvirkning af en ekstern jævnstrømskilde, når svovlholdigt spildevand kommer i kontakt med anodeoverfladen, diffunderer sulfider (S²⁻, HS⁻) og adsorberes på de aktive steder i MMO-belægningen, hvilket resulterer i en direkte elektronoverførselsreaktion. Stærkt adsorberede hydroxylradikaler (・OH), der genereres på anodeoverfladen, angriber sulfidernes SH- og SS-bindinger og oxiderer dem først til elementært svovl (S⁰), derefter videre til sulfit (SO₃²⁻) og i sidste ende til harmløst sulfat (SO₄²⁻). MMO-belægningens lave overpotentiale undertrykker effektivt iltudviklings-sidereaktionen, hvilket gør det muligt at bruge flere elektroner til sulfidoxidation, hvorved strømeffektiviteten øges til over 90%.

(II) Indirekte oxidation

Baseret på vandkvalitetsegenskaberne i svovlholdigt spildevand kan indirekte oxidationsveje opdeles i to hovedtyper:
Klorbaseret oxidationssystemFor spildevand med højt saltindhold, klorholdigt og svovlholdigt indhold, forekommer klorudviklingsreaktionen (2Cl⁻ – 2e⁻ = Cl₂↑) fortrinsvis på MMO-anodens overflade. Den genererede klorgas reagerer hurtigt med vand og danner hypoklorsyrling (HClO). Som et stærkt oxidationsmiddel oxiderer hypoklorsyrling effektivt sulfider, især organiske sulfider med lav koncentration, med en reaktionshastighed, der er mere end tre gange højere end direkte oxidation.

Oxygenbaseret oxidationssystemI et klorfrit eller klorfattigt miljø finder iltudviklingsreaktionen (4OH⁻ – 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O) sted ved anoden. De genererede reaktive iltarter (såsom O₃ og ・O₂⁻) oxiderer derefter sulfider. 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 ødelægge genstridige organiske sulfider.

MMO titaniumanodetyper

MMO-titaniumanoder er målrettet de forskellige karakteristika ved svovlholdigt spildevand (såsom koncentration, pH, saltindhold og tilstedeværelse af tungmetaller) og fås i en række specialiserede typer gennem differentierede belægningssammensætninger og strukturelle designs.

Ruthenium-Iridium AnoderMed RuO₂-IrO₂ som den primære aktive komponent er disse anoder klorudviklende anoder. Disse anoder kan øge klorudviklingseffektiviteten med over 30 % i klorholdige miljøer og hurtigt generere hypoklorsyrling til nedbrydning af sulfider. De er særligt velegnede til behandling af spildevand med højt saltindhold og svovlholdigt materiale, der genereres af petrokemikalier og kraftværker.

Iridium-tantal anoderMed IrO₂-Ta₂O₅ som primære belægningskomponenter er disse anoder yderst stabile iltudviklende anoder. Tilsætningen af ​​tantaloxid forbedrer belægningens syrekorrosions- og oxidationsbestandighed betydeligt, hvilket muliggør direkte oxidation og nedbrydning af uorganiske sulfider med høj koncentration gennem generering af et højt iltpotentiale. Disse anoder er egnede til behandling af surt, svovlholdigt spildevand genereret ved mineralforarbejdning og hydrometallurgi. Iltudviklingspotentialet kan kontrolleres til under 1.40 V.

Mesh MMO titaniumanoderVed at bruge en tredimensionel netstruktur tilbyder de en porøsitet på 60%-80% og et specifikt overfladeareal, der er 3-5 gange større end flade elektroder. De er velegnede til behandling af svovlholdigt spildevand med lav og mellem koncentration.

Rørformede MMO titaniumanoderMed en hul rørformet struktur tilbyder de stærk forureningsbestandighed og fleksibel installation, hvilket gør det muligt at indsætte dem direkte i reaktorer eller dybe brønde for at behandle svovlholdigt spildevand med høj koncentration. Deres enestående korrosionsbestandighed gør dem meget anvendte i nødbehandling af spildevand omkring svovlholdige lagertanke. De modstår korrosion fra en række forskellige kemiske medier og giver en stabil strømstyrke.

Plade MMO titanium anoderMed en flad pladestruktur er de enkle at fremstille og vedligeholde, hvilket gør dem velegnede til miniaturiseret svovlholdigt spildevandsbehandlingsudstyr. Flere plader kan kombineres for at justere reaktionsområdet for at imødekomme varierende behandlingskapacitetskrav. Ulempen er dog den relativt lave masseoverføringseffektivitet, hvilket kræver en omrører for at forbedre reaktionensartetheden.

Valget af MMO-titaniumanoder skal baseres på en vandkvalitetsanalyse: Ruthenium-iridium-netanoder foretrækkes til spildevand med højt saltindhold, klorholdigt og svovlholdigt; iridium-tantal rørformede eller pladeanoder bør anvendes til stærkt surt, ikke-klorholdigt og svovlholdigt spildevand; og titandioxidmodificerede belægningsanoder er nødvendige til højkoncentreret, ildfast organisk svovlholdigt spildevand. Behandlingskapacitet, energibudget og udstyrsplads skal også overvejes grundigt for at opnå en balance mellem teknisk tilpasningsevne og økonomisk rationalitet. For eksempel reducerede en petrokemisk virksomhed behandlingsomkostningerne med 40 % sammenlignet med traditionelle teknologier efter at have valgt ruthenium-iridium-netanoder til klorholdigt og svovlholdigt spildevand.