Ánodo de titanio MMO para halogenados

Los haluros, compuestos formados por la combinación de halógenos como el cloro, el flúor y el bromo con otros elementos, están ampliamente presentes tanto en entornos industriales como naturales. Los iones de cloruro y fluoruro son contaminantes característicos en muchas aguas residuales industriales. Con el rápido desarrollo de industrias como la farmacéutica, la de pesticidas, la textil y la galvanoplastia, el vertido de aguas residuales que contienen haluros continúa aumentando, lo que dificulta su tratamiento y aumenta los riesgos ambientales.

Ánodos de titanio de óxido metálico mixto (Ánodos de titanio MMO), como materiales electroquímicos altamente eficientes, demuestran ventajas irremplazables en el tratamiento con haluros, aprovechando la excelente resistencia a la corrosión de su sustrato de titanio y la alta actividad catalítica de su recubrimiento de óxido de metal precioso.

Contaminación por haluros

La generación de haluros está estrechamente relacionada con la producción industrial. Las materias primas halogenadas, como los hidrocarburos clorados y los bencenos fluorados, son necesarias para la síntesis de productos como herbicidas y antibióticos. Las aguas residuales resultantes contienen grandes cantidades de iones haluro orgánicos e inorgánicos. El cloruro se utiliza a menudo como electrolito y agente quelante en la galvanoplastia. La fabricación de semiconductores requiere soluciones de grabado fluoradas, lo que genera aguas residuales que contienen no solo altas concentraciones de iones cloruro y fluoruro, sino también contaminación por iones de metales pesados. El blanqueo de textiles depende de agentes que contienen cloro, como el hipoclorito de sodio. La minería de fluorita y la electrólisis del aluminio generan aguas residuales que contienen fluoruro, mientras que la fundición de metales no ferrosos vierte aguas residuales ácidas que contienen cloro y bromo.

EcotoxicidadLos haluros orgánicos, como los bifenilos policlorados (PCB), son altamente teratogénicos y cancerígenos, y pueden acumularse a través de la cadena alimentaria, lo que representa una amenaza a largo plazo para la vida acuática y la salud humana. Las altas concentraciones de iones fluoruro pueden causar salinización del suelo y afectar la absorción radicular de las plantas.

Calidad del aguaEl exceso de iones de cloruro en el agua potable puede afectar el sabor, mientras que el exceso de iones de flúor puede causar enfermedades óseas. La presencia de subproductos halogenados de la desinfección se ha convertido en un riesgo significativo para la seguridad del agua potable.

CorrosiónLas altas concentraciones de haluros en el agua circulante industrial pueden agravar la corrosión de los equipos. Por ejemplo, los iones de cloruro pueden dañar la película de pasivación de las superficies metálicas, acortando la vida útil de equipos como los intercambiadores de calor en más de un 50 %.

Principio de funcionamiento del ánodo de titanio MMO

El ánodo de titanio MMO degrada y convierte haluros mediante oxidación electroquímica. Este ánodo utiliza una estructura compuesta por un sustrato de titanio y un recubrimiento de óxido metálico mixto. El sustrato de titanio está hecho de titanio Gr1, que cumple con la norma ASTM B-265 y es resistente a la corrosión en la mayoría de los medios ácidos y alcalinos. El recubrimiento superficial de óxidos de metales preciosos, como iridio, rutenio y tántalo, actúa como una capa activa y conductora, conduciendo eficientemente la corriente desde una fuente de alimentación de CC externa hasta la superficie del electrodo, proporcionando así energía para la reacción electroquímica. En la superficie del ánodo de titanio MMO se producen dos tipos principales de reacciones de oxidación:

Conversión dirigida de iones de haluro inorgánicoPara los iones cloruro, se produce una reacción de oxidación en el ánodo: 2Cl⁻ – 2e⁻ = Cl₂↑. El cloro gaseoso generado se convierte en especies de cloro activas, como el ácido hipocloroso (HClO), en solución acuosa. Estas especies activas no solo tienen un efecto desinfectante, sino que también pueden activarse en radicales hidroxilo (・OH), que tienen un mayor poder oxidante. Para iones haluro difíciles de oxidar, como el fluoruro, ajustar el potencial del electrodo puede promover su coprecipitación con otros iones.

Degradación y mineralización de haluros orgánicosEl ánodo MMO degrada los haluros orgánicos mediante vías de oxidación directa e indirecta. La oxidación directa ocurre cuando los haluros orgánicos pierden electrones en la superficie del ánodo, rompiendo enlaces y generando intermediarios de baja toxicidad. La oxidación indirecta ocurre cuando sustancias oxidantes fuertes, como el cloro activo y los radicales hidroxilo generados en el ánodo, atacan los enlaces carbono-halógeno de los haluros orgánicos, mineralizándolos en CO₂, H₂O e iones de haluro inorgánico.

Tipos de ánodos de titanio MMO

Según el tipo de haluro, las propiedades de las aguas residuales y los escenarios de aplicación, los ánodos de titanio MMO se pueden dividir en las siguientes cuatro categorías.

(I) Ánodos de titanio MMO de rutenio-iridio

Este tipo de ánodo utiliza óxido de rutenio (RuO₂) como componente activo principal y óxido de iridio (IrO₂) como componente secundario. Presenta una excelente actividad catalítica en la evolución del cloro y es el electrodo preferido para el tratamiento de aguas residuales cloradas. El recubrimiento se prepara por descomposición térmica, y la relación rutenio-iridio se puede ajustar según la concentración de iones cloruro. En aguas residuales cloradas ácidas, presenta una sobretensión de evolución de cloro extremadamente baja y una eficiencia de corriente superior al 90 %. Es adecuado para aplicaciones como la decloración de aguas residuales por galvanoplastia, la generación de hipoclorito de sodio y la degradación de aguas residuales orgánicas cloradas. Con una densidad de corriente de 300 A/m², tiene una vida útil de 5 a 8 años.

(2) Ánodo de titanio MMO de iridio-tantalio

El recubrimiento del núcleo está compuesto de óxido de iridio (IrO₂) y óxido de tántalo (Ta₂O₅). El óxido de tántalo refuerza la unión del recubrimiento al sustrato y mejora la resistencia a la corrosión. Este tipo de electrodo presenta un alto potencial de oxidación y una excelente estabilidad en aguas residuales de haluros altamente ácidas y con alta salinidad. Es especialmente adecuado para el tratamiento de aguas residuales de haluros mixtos que contienen flúor y cloro. Entre sus aplicaciones típicas se incluyen el tratamiento de aguas residuales con flúor en semiconductores y la degradación de aguas residuales altamente ácidas con haluros en la industria química. El espesor del recubrimiento se controla normalmente por encima de 6 g/m² y puede soportar altas densidades de corriente superiores a 1000 A/m².

(3) Ánodo de titanio MMO con revestimiento compuesto multielemento

Para aguas residuales de haluros con composiciones complejas, se utiliza un recubrimiento compuesto cuaternario de iridio, rutenio, tántalo y titanio. El rendimiento se optimiza ajustando la proporción de los componentes. Por ejemplo, aumentar el contenido de iridio mejora la resistencia a la corrosión, mientras que aumentar el contenido de rutenio mejora la actividad catalítica. Este electrodo es adecuado para el tratamiento de aguas residuales con haluros mixtos en industrias como la farmacéutica y la de pesticidas. Puede degradar simultáneamente haluros orgánicos y convertir iones de haluros inorgánicos. En aguas residuales con alta carga de DQO superiores a 5000 mg/L, su eficiencia de tratamiento es de 2 a 5 veces superior a la de los electrodos convencionales.

(IV) Ánodo de titanio MMO de estructura especial

Dependiendo de las necesidades del equipo de tratamiento, éste puede fabricarse en estructuras especiales como tubulares, de malla y flexibles.

Ánodo de tubo de titanio MMOCon una gran superficie específica, es adecuado para sistemas de tratamiento de pozos profundos y se utiliza ampliamente en la protección contra la corrosión de tanques de parques químicos y el tratamiento de aguas residuales con haluros. Es resistente a la corrosión causada por diversos medios corrosivos.

Ánodo de malla de titanio MMOProporciona una distribución uniforme de la corriente, lo que lo hace ideal para la degradación de haluros en celdas electrolíticas. El tamaño y el espesor de poro se pueden ajustar al tamaño de la celda para optimizar la conductividad.

Ánodo de titanio MMO flexibleUtilizando un sustrato de tira delgada de titanio, se puede instalar en terrenos complejos. Se utiliza principalmente para la remediación de la contaminación del suelo por haluros y la deshalogenación de aguas subterráneas.

Wstitanium ha creado una base de datos de recubrimientos adaptados a diferentes tipos de haluros, lo que permite la combinación precisa de formulaciones óptimas según la composición de las aguas residuales. Los recubrimientos con una alta relación rutenio-iridio se utilizan para aguas residuales con alto contenido de cloruro, mientras que la relación iridio-tántalo está optimizada para aguas residuales con fluoruro. Se desarrollan recubrimientos compuestos multicomponente para aguas residuales con haluros mixtos. El control preciso del contenido de metales preciosos (30-80 g/m²) y del espesor del recubrimiento garantiza un equilibrio entre la actividad catalítica y la resistencia a la corrosión en condiciones específicas de funcionamiento del electrodo. El sustrato de titanio se somete a siete etapas de pretratamiento, que incluyen arenado y decapado, para garantizar una adhesión del recubrimiento de ≥35 MPa. Se utiliza tecnología de micropulverización para lograr una aplicación uniforme del recubrimiento, con una tolerancia de espesor de ±0.5 g/m². La sinterización en gradiente a 500-550 °C crea una estructura cristalina de óxido densa y estable.