MMO titán anód perkloráthoz

A perklorátok a szervetlen vegyipari termékek kulcsfontosságú osztályát alkotják. A kálium-perklorát alapvető alapanyag robbanóanyagok, rakétahajtóanyagok és légzsákrobbanóanyagok gyártásához. A nátrium-perklorát egy rendkívül hatékony gyomirtó szer. A magnézium-perklorát kiváló vízelvonószer, amelyet olyan stratégiai ágazatokban alkalmaznak, mint az energia, a mezőgazdaság és a katonaság. Jelenleg a perklorátok fő ipari termelése klorátoldatok elektrolízise révén történik. A fő technikai szűk keresztmetszet az anódanyagok kiválasztásában rejlik – az elektródáknak képesnek kell lenniük ellenállni a nagy potenciálú oxidáló környezeteknek, miközben kiváló katalitikus aktivitással, korrózióállósággal és hosszú élettartammal kell rendelkezniük.

Titán alapú fém-oxid bevonatú anódok (MMO titán anódok, más néven DSA anódok) a nagy katalitikus aktivitást, az erős korrózióállóságot és a méretstabilitást ötvözik. Forradalmasították a klóralkáli és a klorát elektrolízis iparágakat, és ma már a perklorát előállításának előnyben részesített anódanyagai.

Az MMO titán anód működési elve

A perklorát előállítása klorátoldatok elektrolízisével történik. Az MMO titánanód egyedi elektródaszerkezetének és katalitikus tulajdonságainak köszönhetően a klorátionok célzott oxidációját hajtja végre perkloráttá. Ez a töltésátvitel és a kémiai reakciók összehangolt működését foglalja magában az elektróda határfelületén.

Elektrokémiai reakció

A perklorát szintézisének teljes reakciója a klorátion oxidációjának az anódon és a víz redukciójának a katódon történő kapcsolt folyamata. Az MMO titánanód fő funkciója az anódos oxidációs reakció katalizálása.

Klorát által előnyben részesített oxidációA klorátionok (ClO₃⁻) először elektronokat vesznek fel az MMO bevonat felületén, aktiválódnak, és közbenső ClO₃ gyököket képeznek. Ezek a gyökök ezután vízmolekulákkal reagálva perklorátot (ClO₄⁻) képeznek. A reakcióegyenlet: ClO₃⁻ + H₂O → ClO₄⁻ + 2H⁺ + 2e⁻. A standard elektródpotenciál 1.9 V. Az MMO bevonatban található aktív összetevők, például az IrO₂, csökkenthetik a reakció aktiválási energiáját, lehetővé téve, hogy az simán menjen végbe alacsonyabb túlfeszültségen.

A preferenciális vízoxidációA vízmolekulák először az anód felületén kisülnek, reaktív oxigénatomokat (O) hozva létre. Ezek a reaktív oxigénatomok ezután az oldatban lévő ClO₃⁻-val egyesülve ClO₄⁻-ot képeznek. A reakciók a következők: H₂O → O + 2H⁺ + 2e⁻, ClO₃⁻ + O → ClO₄⁻. Ez az útvonal nagyobb valószínűséggel fordul elő magas potenciálokon. Az MMO bevonat magas oxigén-túlfeszültség-jellemzője elnyomja a túlzott oxigénfejlődést, biztosítva, hogy a reaktív oxigénfajták előnyben részesüljenek a klorát oxidációs reakciójában, ezáltal csökkentve az energiapazarlást.

A katódreakció elsősorban a hidrogénionok redukciójával jár, hidrogéngáz keletkezése közben: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑. Az ebben a reakcióban keletkező hidrogén nem reagál az anódtermékkel, így nincs szükség membránra az elektrolizátorban, és leegyszerűsödik a berendezés szerkezete.

MMO bevonat katalízis

Maga a titán hordozó gyenge elektromos vezetőképességgel rendelkezik, és könnyen passziválódik. Az MMO bevonat a következő mechanizmusokon keresztül ér el hatékony katalízist.

ElektronvezetésA bevonatban található nemesfém-oxidok (például IrO₂ és RuO₂) kiváló elektromos vezetőképességgel rendelkeznek, hatékonyan csökkentik az elektróda ellenállását, és elektronvezetési útvonalat képeznek a titán hordozótól az elektrolitig, ezáltal orvosolva a titán hordozó elégtelen elektromos vezetőképességét.

Aktív webhely-dúsítási hatásA bevonat magas hőmérsékletű szinterezéssel porózus szerkezetet képez, nagyszámú elektrokémiailag aktív helyet biztosítva. Ez jelentősen javítja a ClO₃⁻ adszorpciós és aktiválási hatékonyságát az elektróda felületén, felgyorsítva a reakciósebességet.

Stabilitási garanciaA bevonat által képzett sűrű oxidréteg elszigeteli az elektrolitot a titán hordozóval való közvetlen érintkezéstől, megakadályozva a titán oxidációját TiO₂-vé, ami növeli az érintkezési ellenállást, miközben megakadályozza az elektróda hordozó korróziója által okozott meghibásodását is.

A stitánium előnyei

A Wstitanium, mint a kínai MMO titánanódok elismert gyártója, kifejezetten a perklorátgyártás nehéz körülményeire szabott elektródatermékeket fejlesztett ki.

(I) Titán hordozó

Az aljzat minősége közvetlenül meghatározza az elektróda élettartamát. A Wstitanium Gr1 tiszta titánt használ aljzatanyagként. Ez az anyag kiváló korrózióállóságot és mechanikai szilárdságot kínál, miközben megakadályozza az elektrolízis során a hidrogén diffúziója által okozott aljzatridegedést. A kombinált homokfúvás és pácolás egyenletes érdességet (Ra 1.5-3.0 μm) hoz létre a titán felületén, több mint 40%-kal javítva a bevonat és az aljzat közötti tapadást, és hatékonyan megakadályozva az anód passziválását, amelyet a bevonat lepattogzása okoz.

(II) Bevonat

A bevonatot egy szabadalmaztatott, többkomponensű oxid formulával állítják elő. A Ta₂O₅-t stabilizátorként adják a hagyományos IrO₂-TiO₂ rendszerhez, jelentősen javítva a bevonat oxidációs ellenállását és kopásállóságát. A kefe bevonatolási és szinterelési paramétereinek pontos szabályozásával (szinterelési hőmérséklet 450-500°C, tartási idő 15-20 perc) a bevonat vastagsága pontosan 10-12 μm-re szabályozható, ≥85%-os bevonategyenletességgel, biztosítva az elektróda felületén az állandó katalitikus aktivitást.

(III) Kiváló elektrokémiai teljesítmény

A Wstitanium MMO titán anód oxigénfelszabadulási potenciálja ≤1.8 V, ami szorosan megegyezik a perklorát szintézis reakciópotenciáljával, és hatékonyan elnyomja az oxigénfejlődés mellékreakcióját. Tipikus üzemi körülmények között (áramsűrűség 3 kA/m², hőmérséklet 45 °C) az áramhatásfok eléri a 92%-ot, meghaladva a PbO₂ anódok (87%-89%) és a hagyományos MMO anódok (88%-90%) értékét.

Alacsony túlfeszültségének és optimalizált bevonatszerkezetének köszönhetően az elektróda üzemi feszültsége jelentősen csökken. A grafit anódokhoz képest a cellafeszültség 0.7-1.0 V-tal csökkenthető, az egyenáramú energiafogyasztás pedig 15-20%-kal. Éves 10 000 tonna nátrium-perklorát termelési kapacitással számolva ez évente körülbelül 3 millió kWh villamos energiát takaríthat meg.

(IV) Testreszabás

A különböző perkloráttermékek (például nátrium-perklorát és kálium-perklorát) gyártási különbségeinek kezelése érdekében a Wstitanium testreszabott megoldásokat kínál. A kálium-perklorát gyártásának nagy koncentrációjú elektrolit körülményeihez a bevonat Ta₂O₅-tartalmát optimalizálják a korrózióállóság fokozása érdekében. A folyamatos nátrium-perklorát elektrolízishez hálós vagy cső alakú elektródaszerkezeteket terveznek a tömegátadás hatékonyságának javítása érdekében. Az elektróda méretei testreszabhatók az elektrolizáló cella specifikációihoz igazítva, lehetővé téve a 100 × 200 mm-től a több méter hosszú nagy elektródákig terjedő kis elektródák stabil gyártását.

MMO titán anód típusok

Az MMO titánanódok közötti alapvető különbség a bevonatrendszerükben rejlik. A különböző oxidbevonatok jelentős eltéréseket mutatnak a katalitikus aktivitás, az oxidációs ellenállás és az alkalmazható üzemi körülmények tekintetében.

Iridium MMO titán anód

Az irídium alapú bevonatok elsődleges hatóanyagként IrO₂-t használnak, jellemzően oxidokkal, például TiO₂-vel és Ta₂O₅-val kombinálva, hogy kompozit bevonatrendszert alkossanak. Ezek a legszélesebb körben használt típusok a perklorátgyártásban. A bevonat vastagságát jellemzően 8 és 15 μm között szabályozzák. Az IrO₂ és a segédoxidok arányának optimalizálásával tovább javítható a katalitikus aktivitás és az élettartam közötti egyensúly.

Platina MMO titán anód

A platina alapú bevonatok platina- vagy platinacsoport-fém-oxidokat használnak aktív rétegként, amelyeket közvetlenül a titán hordozóra raknak le, vagy egy átmeneti rétegen keresztül kötnek össze. Legnagyobb erősségeik a rendkívül magas katalitikus aktivitás és az alacsony oxigénfejlődési túlfeszültség, ami lehetővé teszi az elektrolízist alacsonyabb cellafeszültségeken, és jelentősen csökkenti az energiafogyasztást.

Ruténium-iridium MMO titán anód

A ruténium-iridium kompozit bevonat RuO₂-t és IrO₂-t használ kettős aktív komponensként. A kettő arányának beállításával kiegyensúlyozott klór- és oxigénfejlődési teljesítmény érhető el.