Ánodo de titanio MMO para tinte

Los tintes, como materias primas esenciales que colorean los materiales, son indispensables en los sistemas industriales modernos. Sin embargo, las aguas residuales de los tintes se han convertido en un importante desafío para el tratamiento de aguas residuales industriales a nivel mundial. Con el rápido desarrollo de industrias como la impresión y el teñido de textiles, la impresión de cuero y papel, el vertido de aguas residuales de los tintes ha aumentado anualmente.

Las tecnologías de tratamiento tradicionales, como la biodegradación y la adsorción, generalmente están limitadas por bajas tasas de decoloración, degradación incompleta y la generación de contaminación secundaria cuando se trata de la composición compleja y altamente estable de los tintes sintéticos modernos. Ánodos de titanio MMO Los ánodos de titanio recubiertos con óxidos metálicos mixtos, un material electroquímico de alta eficiencia, utilizan titanio industrialmente puro como sustrato y están recubiertos con un recubrimiento compuesto de óxidos de metales preciosos como rutenio, iridio y tántalo. Su excelente actividad electrocatalítica, estabilidad química y excepcionalmente larga vida útil los hacen especialmente ventajosos para el tratamiento avanzado de aguas residuales de tinturas.

Contaminación de aguas residuales por tintes

La industria de la impresión y el teñido de textiles es la principal fuente de aguas residuales de tintes. Durante los procesos de teñido, estampación y fijación de tejidos de algodón, lino, seda y fibras químicas, aproximadamente entre el 10 % y el 20 % del tinte se descarga con el agua de enjuague, lo que genera aguas residuales con alto croma y altas concentraciones de materia orgánica. Esto genera un promedio de 200 a 300 toneladas de aguas residuales Por tonelada de tela. En la síntesis de colorantes azoicos, colorantes antraquinónicos y colorantes reactivos, la tasa de conversión de la materia prima suele ser de tan solo el 70-80 %. Los compuestos aromáticos, los intermedios y los subproductos que no reaccionan entran en el sistema de aguas residuales durante los procesos de lavado y separación, lo que resulta en una composición compleja y una alta toxicidad.

Alto cromaLas aguas residuales son de color oscuro y permanecen visibles incluso después de miles de diluciones. Por ejemplo, las aguas residuales con colorantes azoicos presentan tonos vibrantes como el rojo y el amarillo, mientras que las aguas residuales con colorantes antraquinónicos suelen presentar tonos azules o negros. Estas aguas residuales no solo afectan la transparencia del agua, sino que también presentan posibles riesgos tóxicos.

Altas concentraciones de contaminantesLa DQO (demanda química de oxígeno) suele oscilar entre 800 y 5000 mg/L, y algunas aguas residuales con alta concentración alcanzan decenas de miles de mg/L. Además, contiene grandes cantidades de sólidos en suspensión, sal y aditivos, lo que supone una carga significativa para la purificación del agua.

Alta toxicidadLos compuestos de aminas aromáticas, los metales pesados ​​(como el cobre, el cromo y el níquel) y el formaldehído contenidos en las aguas residuales son cancerígenos, teratogénicos y mutagénicos y causan daños irreversibles a los organismos.

Recalcitrante a la degradaciónLa mayoría de los colorantes sintéticos tienen enlaces dobles conjugados estables, con relaciones B/C (relaciones de biodegradabilidad) a menudo inferiores a 0.2, lo que los hace extremadamente biodegradables y difíciles de degradar eficazmente utilizando tecnologías de tratamiento tradicionales.

Si las aguas residuales de tintes se vierten directamente sin tratamiento, pueden alterar rápidamente el equilibrio ecológico de las plantas acuáticas, dificultando la fotosíntesis y envenenando y matando a peces y otros organismos. Si se filtran al suelo, pueden contaminar las aguas subterráneas y acumularse a través de la cadena alimentaria, afectando la salud humana.

Principio de funcionamiento de los ánodos de titanio MMO

El núcleo del tratamiento de aguas residuales de tintes con ánodos de titanio MMO es la tecnología de oxidación electrocatalítica. Se generan especies oxidantes fuertes en la superficie del electrodo, destruyendo la estructura molecular del tinte y degradándolo completamente a sustancias no tóxicas e inocuas. En esencia, esta tecnología utiliza energía eléctrica para impulsar reacciones redox, logrando la conversión inocua de contaminantes.

Oxidación electrocatalítica directa

Las moléculas de colorante se adsorben en la superficie del recubrimiento de MMO mediante difusión. En el ánodo, pierden electrones directamente y experimentan una reacción de oxidación. Las estructuras estables, como los dobles enlaces conjugados y los anillos de benceno, se rompen, descomponiéndose gradualmente en pequeñas moléculas orgánicas y finalmente convirtiéndose en CO₂ y H₂O. Por ejemplo, el enlace -N=N- de los colorantes azoicos se oxida y rompe directamente en el ánodo, generando los compuestos amínicos correspondientes, que se oxidan posteriormente a compuestos inorgánicos.

Oxidación electrocatalítica indirecta

La alta actividad catalítica del recubrimiento MMO promueve reacciones de oxidación en moléculas de agua o electrolitos, generando especies oxidantes fuertes como radicales hidroxilo (・OH) y especies reactivas de oxígeno. El radical hidroxilo, con su potencial redox de hasta 2.8 V, puede atacar indiscriminadamente las moléculas de tinte, destruyendo rápidamente sus cromóforos y cadenas moleculares, logrando una decoloración eficiente y degradación orgánica. La ecuación de reacción se puede expresar como: H₂O → ・OH + H⁺ + e⁻, ・OH + moléculas de tinte → CO₂ + H₂O + sales inorgánicas. Si las aguas residuales contienen electrolitos como iones cloruro, se produce una reacción de evolución de cloro en el ánodo para producir Cl₂, que se convierte posteriormente en oxidantes como el ácido hipocloroso (HClO), lo que potencia el efecto de oxidación indirecta. Esto lo hace especialmente adecuado para el tratamiento de aguas residuales de tinte con alto contenido en sal.

El excelente rendimiento del ánodo de titanio MMO se debe al efecto sinérgico del sustrato de titanio y el recubrimiento compuesto. Los óxidos de metales preciosos, como IrO₂ y RuO₂, del recubrimiento poseen excelentes propiedades de transferencia de electrones, lo que reduce significativamente la energía de activación de la reacción de oxidación. Esto permite una degradación eficiente de las moléculas de colorante a potenciales más bajos, con una velocidad de reacción de 3 a 5 veces superior a la de los electrodos de grafito tradicionales. La polarizabilidad del recubrimiento MMO se puede controlar dentro de los 40 mV, muy inferior a los 200 mV del ánodo de grafito. Puede reducir eficazmente el voltaje de la celda durante el proceso de electrólisis y reducir el consumo de energía por unidad de DQO eliminada en más de un 30 % en comparación con los electrodos tradicionales.

Tipos de ánodos de titanio MMO

Se seleccionan diferentes tipos de ánodos de titanio MMO según las características de calidad del agua de las aguas residuales de tintura, la escala de tratamiento y la estructura del equipo. Los criterios de clasificación clave incluyen la morfología estructural, la composición del recubrimiento y los escenarios de aplicación.

Ánodos de titanio de malla MMO: Basados ​​en malla de titanio grado ASTM B265 Gr1, recubiertos con un recubrimiento compuesto de RuO₂-IrO₂. La densidad de malla oscila entre 50 y 200 mesh, con una porosidad del 60 % al 80 %. Su superficie específica es de 3 a 5 veces mayor que la de los electrodos planos. Ideales para el tratamiento de aguas residuales de blanqueo de teñido y estampación textil en celdas electrolíticas pequeñas y medianas, alcanzan tasas de eliminación de color superiores al 90 % y de DQO superiores al 85 % a una densidad de corriente de 1000 A/m², con una vida útil superior a 5 años.

Ánodos de titanio de placa MMO: Fabricadas con placas de titanio de 0.5-3 mm de espesor, sometidas a un proceso de arenado y recubiertas con un revestimiento de IrO₂-Ta₂O₅, ofrecen una alta resistencia estructural y una distribución uniforme de la corriente. Se utilizan principalmente para el tratamiento de aguas residuales de colorantes con alta concentración (DQO > 2000 mg/L), como el líquido residual de la fabricación de colorantes. Mantienen un funcionamiento estable a una alta densidad de corriente de 2000 A/m², con una vida útil acelerada superior a 120 horas.

Ánodo tubular de titanio MMO: Los tubos de titanio de 50-200 mm de diámetro, recubiertos con un recubrimiento compuesto especial, son aptos para reactores de electrólisis de flujo continuo, lo que mejora el contacto entre las aguas residuales y el electrodo. Son especialmente adecuados para el tratamiento de aguas residuales fluidizadas en la industria del cuero, con un solo ánodo capaz de tratar de 5 a 10 m³/día.

Ánodo de titanio MMO flexibleBasado en un sustrato de alambre de titanio, recubierto con un recubrimiento de IrO₂-Ta₂O₅ y envuelto con una capa exterior trenzada resistente a ácidos y álcalis, es flexible y enrollable, adaptándose a equipos de tratamiento complejos o sistemas de infiltración subterránea. Ideal para el tratamiento de aguas residuales de tintura en tanques de almacenamiento, se adhiere firmemente a la pared del tanque, eliminando posibles puntos ciegos y con una vida útil superior a 50 años.

Ánodos de rutenio-iridioUtilizando RuO₂-IrO₂ como componentes activos, ofrecen un potencial de evolución de cloruro de ≤1.36 V y son adecuados para aguas residuales de tintura con alto contenido de sal que contienen iones cloruro. Mejoran la oxidación indirecta y alcanzan eficiencias de corriente superiores al 95 %. En el tratamiento de aguas residuales de impresión y teñido textil, combinados con un sistema de electrodos tridimensionales, alcanzan tasas de eliminación de DQO de hasta el 85 % y tasas de eliminación de color superiores al 90 %.

Ánodos de iridio-tántalo: Compuestos por un recubrimiento de IrO₂-Ta₂O₅, ofrecen un mayor potencial de desprendimiento de oxígeno y son adecuados para aguas residuales de colorantes con bajo contenido de cloruro, evitando la interferencia de la reacción de desprendimiento de cloro. Su actividad catalítica es más estable en condiciones ácidas, lo que los hace especialmente adecuados para el tratamiento de aguas residuales de colorantes antraquinónicos.

Ánodos con recubrimiento dopado especialUtilizando recubrimientos dopados con PbO₂-MnO₂ o modificados con tierras raras, optimizan el rendimiento catalítico de moléculas de colorante difíciles de degradar. Están diseñados específicamente para el tratamiento de aguas residuales de colorantes altamente tóxicas y estables, aumentando las tasas de decoloración en más de un 40 % en comparación con los recubrimientos convencionales.

Ánodos de personalización especialPara satisfacer las necesidades de escenarios especiales, se pueden personalizar ánodos de titanio MMO especiales, como ánodos de microhojas (tamaño 10 × 20 mm) para pruebas de laboratorio, ánodos de combinación modular para tanques de oxidación grandes y ánodos inteligentes con función de monitoreo de potencial integrada, que pueden proporcionar retroalimentación en tiempo real sobre el estado de la reacción y lograr un control preciso.