MMO titán anód nitrobenzolhoz

A nitrobenzol, mint nélkülözhetetlen szerves vegyi alapanyag a modern iparban, kulcsszerepet játszik a festékszintézisben, a gyógyszergyártásban, a növényvédőszer-gyártásban és a robbanóanyagok előállításában. A gyártása és felhasználása során keletkező szennyvíz azonban erősen mérgező és magas kémiai oxigénigényű (KOI). A hagyományos tisztítási technológiák nehezen tudják hatékonyan lebontani, ami komoly veszélyt jelent a környezetre és az emberi egészségre.

Az elektrokémiai oxidációs technológia nagy hatékonyságának, szabályozhatóságának és környezetbarát jellegének köszönhetően kutatási gócponttá és technológiai áttörést jelentett a nitrobenzol szennyvízkezelésben. Titán alapú fém-oxid bevonatú elektródák (MMO titán anódok), kiváló katalitikus aktivitásuknak, kémiai stabilitásuknak és hosszú élettartamuknak köszönhetően a nitrobenzol szennyvíz lebontásának alapvető technológiájává vált.

Nitrobenzol szennyezés

A nitrobenzol, mint a különféle szintetikus színezékek, köztük az azoszínezékek és az antrakinon színezékek kulcsfontosságú köztiterméke, alapvető nyersanyag a textilnyomtatási és -festési iparban. Lázcsillapító és fájdalomcsillapító gyógyszerek, például acetaminofen, valamint szulfonamid antibiotikumok szintézisében is használják, és hatalmas a kereslet iránta a gyógyszeriparban és a vegyiparban. Kulcsfontosságú nyersanyag a mezőgazdasági vegyszerek, például a szerves foszfor tartalmú peszticidek és herbicidek előállításában is. Széles körben használják robbanóanyaggyártásban, gumivulkanizálásban és kőolajfinomításban is.

A nitrobenzol szennyezés elsősorban a reakció anyalúgokból, a berendezések öblítővizéből és a gyártás során keletkező szennyvízből származik. Koncentrációja széles skálán mozog, néhány száz mg/l-től több tízezer mg/l-ig. Például egy vegyipari vállalat nitrobenzol szennyvizének vizsgálati adatai akár 5700 mg/l KOI-koncentrációt, 571 mg/l nitrobenzolszerű anyagok koncentrációját, akár 2500-szoros színarányt és 39 000 mg/l feletti sótartalmat mutattak ki, így tipikusan magas kockázatú ipari szennyvíznek minősül.

Ökológiai károkA nitrobenzol, mint tartós szerves szennyező anyag, nehezen bomlik le természetes úton, miután bekerült a víztestekbe. Ez az oldott oxigénszint csökkenéséhez, a vízi ökoszisztéma megzavarásához, valamint a vízi populációk és a fajok sokféleségének csökkenéséhez vezethet.

Egészségügyi veszélyekA nitrobenzol egyértelmű „tritoxikus” hatásokkal rendelkezik (rákkeltő, teratogén és mutagén). Bőrrel való érintkezés, belélegzés vagy a táplálékláncban való felhalmozódás révén bejuthat az emberi szervezetbe, károsítva az idegrendszert, a májat, a veséket és más szerveket, vérszegénységet és krónikus mérgezést okozva.

Korróziós veszélyekA nagy koncentrációjú nitrobenzol szennyvíz korrozív hatású az ipari berendezésekre. Toxicitása befolyásolhatja a későbbi tisztítórendszerek mikrobiális aktivitását is, ami hatással van a termelés biztonságára és a kezelés hatékonyságára.

Az MMO titán anód működési elve

Az MMO titánanód elektrokémiai oxidációval bontja le a nitrobenzolt. Ennek fő mechanizmusa az erősen oxidáló anyagok keletkezése az elektróda felületén. A közvetlen és közvetett oxidáció szinergikus hatása révén ezek a részecskék lebontják a benzolgyűrű szerkezetét, végső soron ártalmatlan anyaggá alakítva a szennyező anyagot.

(I) Elektrokatalízis

Az MMO titánanód ipari tisztaságú titánon (TA1/TA2) alapul. A felületet nemesfém-oxid bevonat (például RuO₂ és IrO₂) borítja, amely kiváló elektrokatalitikus aktivitást mutat. Egyenáramú elektromos tér hatására a bevonat katalizálja a vízmolekulák oxidációját, nagyszámú hidroxilgyököt (・OH) hozva létre. Ezek az aktív vegyületek akár 2.8 V oxidációs potenciállal is rendelkeznek, és képesek megkülönböztetés nélkül megtámadni a nitrobenzol molekulák stabil szerkezetét. Ezzel egyidejűleg közvetlen elektronátviteli reakció megy végbe az anód felületén, közvetlenül oxidálva és lebontva az elektróda felületén adszorbeált nitrobenzol molekulákat.

(II) Nitrobenzol lebontása

A nitrobenzol elektrokémiai lebontása egy lépésről lépésre haladó „redukció, majd oxidáció” útvonalat követ: a katódon a nitrobenzol először kevésbé toxikus anilinné redukálódik. Ez a folyamat csökkenti a szennyvíz biotoxicitását és javítja biológiai lebonthatóságát. Ezt követően az anódon keletkező erősen oxidáló anyagok hatására az anilin tovább oxidálódik köztitermékekké, például benzokinonná és karbonsavvá, végül pedig apró szervetlen molekulákká, például szén-dioxiddá, vízzé és nitráttá bomlik. Ez a lépésről lépésre történő lebontási mechanizmus alapos tisztítást biztosít, miközben elkerüli a nagyon toxikus köztitermékek felhalmozódását.

MMO titán anód típusok

A bevonat összetétele és szerkezeti jellemzői alapján a nitrobenzol szennyvízkezelésre alkalmas MMO titánanódokat elsősorban a következő három kategóriába sorolják.

(I) Irídium MMO titán anódok

Ezek, jellemzően IrO₂-Ta₂O₅ bevonatrendszerrel, rendkívül hatékony oxigénfejlesztő elektródák, erős antioxidáns tulajdonságokkal és kémiai stabilitással. Fő előnyük a stabil működésük összetett közegekben, beleértve a savas és lúgos közegeket is. Bevonatveszteségük aránya kevesebb, mint 0.2 μm/év, és folyamatos üzemi élettartamuk meghaladhatja az öt évet. A nitrobenzol szennyvízkezelés során ez a típusú elektróda hatékonyan termel hidroxilgyököket. Egy finomkémiai vállalatnál végzett esettanulmány kimutatta, hogy ez a típusú elektróda 120 mg/l-ről 0.5 mg/l alá csökkentheti a nitrobenzol szennyvíz koncentrációját, teljes mértékben megfelelve az országos I. osztályú kibocsátási szabványoknak. Ez a típusú elektróda különösen alkalmas nagy koncentrációjú, nagy sótartalmú nitrobenzol ipari szennyvíz kezelésére.

(2) Ruténium MMO titán anód

Elsődleges hatóanyagként RuO₂-t használva, a klórfejlődés és az oxidáció funkcióit ötvözi, kivételesen jól teljesítve kloridtartalmú nitrobenzol szennyvízben. Működési elve az oxidáló anyagok, például a hipoklórossav képződésének katalizálása, ezáltal a nitrobenzol közvetett oxidatív lebontása. Kiváló vezetőképességgel és áramerősség-hatékonysággal is rendelkezik. Ez a típusú elektróda viszonylag olcsó, és alkalmas kis és közepes méretű vegyipari vállalatok számára, amelyek mérsékelt sótartalom- és kezelési költségérzékenységgel rendelkeznek. Széles körben használják gyógyszeripari intermedier gyártású szennyvíz kezelésében.

(3) Ólom-dioxiddal bevont titánanód

A titánalapú ólom-dioxid bevonatú anódok egyedülálló előnyöket mutatnak a nitrobenzol lebontása terén. A bevonat rendkívül magas oxigénfejlődést mutat túlfeszültségen és erős oxidáló képességgel, nagy keménységgel, valamint savas és lúgos korrózióval szembeni ellenállással rendelkezik. Az áramhatásfok elérheti a 90%-ot, az élettartam pedig meghaladja a két évet. Az ólom-dioxid bevonat erős oxidáló tulajdonságainak köszönhetően ez az elektróda közvetlenül képes lebontani a nitrobenzol benzolgyűrűs szerkezetét, így különösen alkalmassá teszi különféle nitrobenzol-származékokat tartalmazó komplex szennyvíz kezelésére. Jelentős hatékonyságot mutatott a festékanyag-gyártás során keletkező szennyvíz kezelésében.

A Wstitanium ipari tisztaságú titánt használ, amely megfelel az ASTM B265 Gr1 szabványnak, és szigorúan ellenőrzi a szennyeződések, például a szén, a nitrogén és a vas tartalmát, hogy biztosítsa az alapanyag kiváló vezetőképességét és korrózióállóságát. Teljes körű, testreszabott megoldásokat kínálunk, amelyek a nitrobenzol szennyvíz sajátos jellemzőihez igazodnak különböző forgatókönyvekben. Nagy koncentrációjú nitrobenzol szennyvízhez kifejlesztettünk egy nagy irídiumtartalmú IrO₂-Ta₂O₅ bevonatú elektródát, amely 25%-kal növeli a hidroxilgyök-hozamot és 40%-kal javítja a tisztítási hatékonyságot az általános célú elektródákhoz képest. Nagy sótartalmú szennyvíz esetén optimalizáljuk az elektróda szerkezetének kialakítását, és integráljuk egy ioncserélő membrán elektrolízis rendszerrel, hogy egyidejűleg szerves anyag lebontást és sóforrás-kinyerést érjünk el, így 60%-kal csökkentve a szennyvíztisztítás tonnánkénti költségét. Különféle szerkezeti termékeket kínálunk, beleértve a hálós, csőszerű és lemezes termékeket, amelyek pontosan illeszkednek az elektrolizáló cella méretéhez és az áramlási tér jellemzőihez, hogy biztosítsák a reakció egyenletességét és a tömegátadási hatékonyságot.