MMO titán anód fenolos anódhoz

Fontos kémiai alapanyagként a fenolformaldehidet széles körben használják olyan kulcsfontosságú ágazatokban, mint a műanyaggyártás, a bevonatok gyártása, valamint a ragasztóanyagok kutatása és fejlesztése. A fenolformaldehid használata azonban elkerülhetetlenül erősen mérgező szennyvíz kibocsátásához vezet. A fenolformaldehidben található szennyező anyagok, mint a fenol és a formaldehid, erősen biotoxikusak és nehezen lebonthatók, ami komoly veszélyt jelent az ökológiai környezetre és az emberi egészségre.

A kevert fém-oxid titán elektróda (MMO titán anód), egy következő generációs, méretstabil anód (DSA), ipari tisztaságú titán hordozót használ, és egy precíziós bevonatú nemesfém-oxid funkcionális réteget használ egy rendkívül hatékony katalitikus rendszer létrehozásához. Jelentős előnyöket mutat a nehezen lebontható szerves szennyvíz kezelésében. Fő tulajdonságai, beleértve a magas elektrokatalitikus aktivitást, a kiváló korrózióállóságot és a hosszú távú stabilitást, tökéletesen megfelelnek a fenol-formaldehid szennyvíz kezelési követelményeinek, amelyet magas sótartalom, magas toxicitás és nehezen lebontható tulajdonságok jellemeznek.

Fenol-formaldehid szennyezés

A fenolvegyületek elsődleges alkalmazási területe a gyantagyártás. A hőre lágyuló és hőre keményedő fenolgyanták előállítása széles alkalmazási területet ölel fel, a mindennapi műanyagoktól az ipari anyagokig. Már önmagában a hőre lágyuló fenolgyanták előállítása is jelentős mennyiségű fenol- és formaldehidtartalmú szennyvizet eredményez. A fenolvegyületek kulcsfontosságú reakciószubsztrátként szolgálnak a festékanyagok szintézisében és a gyógyszeripari alapanyagok előállításában, és előállítási szennyvizüket gyakran különféle mérgező melléktermékek kísérik. A fenol-formaldehid szennyezés, amelyet elsősorban a szennyvíz szállít, az összetett összetétel, a magas toxicitás és a lebomlással szembeni ellenállás tipikus jellemzőit mutatja.

Súlyos toxicitásA szennyvíz nemcsak reagálatlan fenolt (a koncentráció elérheti a több ezer mg/l-t) és formaldehidet tartalmaz, hanem metanolt, kis molekulatömegű gyantákat és reakciótermékeket is. A fenol fehérjék denaturálódását és koagulációját okozhatja. A formaldehid, mint protoplazmatikus toxin, sejtek inaktiválódását és génmutációkat okozhat, és mindkettő kiemelt szennyezőanyagként szerepel.

Magas szennyezőanyag-koncentrációA szennyvíz KOI-szintje általában meghaladja a 10 000 mg/l-t, és szélsőséges körülmények között elérheti a több tízezer mg/l-t is. A fenol és a formaldehid mikroorganizmusokra gyakorolt ​​erős gátló hatása jellemzően 0.2 alatti szennyvíz B/C arányt eredményez.

Magas sótartalomA savas katalizátorok, például a kénsav használata a hőre lágyuló fenolgyanták előállításánál jelentősen megemelkedik a szulfáttartalom a szennyvízben, ami tovább gátolja a mikrobiális aktivitást.

Környezeti veszélyekHa a fenoltartalmú szennyvíz kezeletlenül kerül a vízbe, a 100 mg/l feletti koncentráció a terméshozam csökkenéséhez vezethet. Az 500 mg/l feletti koncentráció komoly veszélyt jelent a vízi élővilágra, és a szennyező anyagok felhalmozódnak a táplálékláncban, végső soron veszélyeztetve az emberi egészséget.

Az MMO titán anód működési elve

Az MMO titánanód elektrokémiai oxidációval bontja le a fenolos szennyező anyagokat. Alapmechanizmusa a „közvetlen oxidáció + közvetett oxidáció” szinergikus hatásán alapul. Az MMO titánanód felületére rétegzett nemesfém-oxidok, például irídium és ruténium funkcionális rétege központi szerepet játszik a katalitikus reakcióban. A bevonat összetételének szabályozásával egyensúlyt érnek el az elektrokatalitikus aktivitás és a stabilitás között.

(I) Közvetlen oxidáció

Külső egyenáramú áramforrás hatására, amikor a fenolos szennyvíz érintkezik az anód felületével, a szennyező molekulák diffundálnak és adszorbeálódnak az MMO bevonat aktív helyeire, ami közvetlen elektronátviteli reakciót eredményez. Az anód felületén keletkező erősen adszorbeált hidroxilgyökök (・OH) megtámadják a fenol benzolgyűrűs szerkezetét, felszakítják a CO és CC kötéseket, és fokozatosan oxidálják azt olyan köztitermékekké, mint a benzokinon és a karbonsav, végül CO₂-vé és H₂O-vá mineralizálódva. Ehhez a folyamathoz az anódpotenciálnak magasabbnak kell lennie, mint a szennyező anyag bomlási potenciálja. Az MMO bevonat alacsony oxigénfejlődési túlfeszültsége (1.385 V a higany(II)-szulfáttal szemben) hatékonyan elnyomja az oxigénfejlődési mellékreakciót és javítja a szennyező anyag oxidációs hatékonyságát.

(II) Közvetett oxidatív lebomlás

A fenolos szennyvíz vízminőségi jellemzői alapján az indirekt oxidációs útvonalak két fő típusra oszthatók:
Klóralapú oxidációs rendszer: Nagy sótartalmú, klórozott fenolos szennyvíz esetén klórfejlődési reakció megy végbe az MMO anód felületén (2Cl⁻ – 2e⁻ = Cl₂↑). A keletkezett klórgáz gyorsan reagál a vízzel, hipoklórossavat (HClO) képezve. Erős oxidálószerként a hipoklórossav hatékonyan lebontja a formaldehidet és a fenolos származékokat, különösen az alacsony koncentrációjú fenolos szennyező anyagokat.

Oxigénalapú oxidációs rendszer: Klórmentes vagy alacsony klórtartalmú környezetben oxigénfejlődési reakció megy végbe az anódon (4OH⁻ – 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O). A keletkező reaktív oxigénfajták oxidálják a szennyező anyagokat. A bevonat összetételének manipulálásával (például az irídiumtartalom növelésével) növelhető az oxigénfejlődési potenciál az anódon, elősegítve az erős oxidáló szabadgyökök keletkezését és fokozva a nehezen lebontható fenolos vegyületek lebontásának képességét.

MMO titán anód típusok

A fenolos szennyvíz változatos jellemzőinek kezelése érdekében az MMO titánanódok különféle speciális típusokban, differenciált bevonat-összetételekkel és szerkezeti kialakításokkal kaphatók. Az alapvető osztályozás a bevonatrendszernek az alkalmazási forgatókönyvvel való kompatibilitásán alapul.

Ruténium-iridium anódokA RuO₂-IrO₂ aktív főkomponensekkel ezek az anódok a klórfejlődést elősegítő anódok optimalizált változatai. Ezek az anódok több mint 30%-kal javíthatják a klórfejlődés hatékonyságát klórtartalmú környezetben, gyorsan hipoklórossavat termelve a fenolos szennyező anyagok lebontására, így különösen alkalmasak a magas sótartalmú fenolos szennyvíz kezelésére.

Irídium-tantál anódokAz IrO₂-Ta₂O₅ elsődleges bevonatkomponenseinek köszönhetően ezek az anódok rendkívül stabil oxigénfejlesztő anódok. A tantál-oxid hozzáadása jelentősen növeli a bevonat savas korrózióállóságát és oxidációs ellenállását, lehetővé téve a stabil működést erős savas közegben, például kénsavban. Magas oxigénpotenciál generálásával közvetlenül oxidálhatják és lebonthatják a nehezen lebontható fenolokat. Ez a típusú anód alkalmas olyan iparágakban keletkező savas fenolos szennyvíz kezelésére, mint a galvanizálás és a vegyipar. Oxigénfejlődési potenciálja 1.40 V alatt szabályozható, energiahatékonysága pedig kiváló.

Rácsos MMO titán anódHáromdimenziós hálószerkezetének köszönhetően nagy felülettel és magas tömegátadási hatékonysággal rendelkezik, hatékonyan csökkenti a koncentráció polarizációját, és alkalmas közepes és alacsony koncentrációjú fenolos szennyvíz folyamatos kezelésére.

Cső alakú MMO titán anódÜreges csőszerkezetének köszönhetően erős szennyeződésállóságot és rugalmas telepítést kínál. Közvetlenül behelyezhető reaktorokba vagy mély kutakba a nagy koncentrációjú fenolos szennyvíz kezelésére. Kiemelkedő korrózióállósága széles körben alkalmazhatóvá teszi a szennyvízkezelésben a fenolos tárolótartályok körül. Ellenáll a különféle kémiai közegek okozta korróziónak, és stabil áramkimenetet biztosít.

Lemezes MMO titán anódSík lemezes szerkezetének köszönhetően egyszerűen gyártható és karbantartható, így alkalmas miniatürizált fenolos szennyvíztisztító berendezésekhez. Több lemez kombinálható a reakcióterület beállításához a változó kezelési kapacitásigényeknek megfelelően. Hátránya azonban a viszonylag alacsony tömegátadási hatékonyság, amely keverőberendezést igényel.

A magas katalitikus aktivitás, az erős stabilitás és a széleskörű alkalmazkodóképesség fő előnyeit kihasználva az MMO titánanód hatékonyan leküzd a fenolos vegyületek nehezen lebontható és rendkívül mérgező jellegét a közvetlen és közvetett oxidáció szinergikus hatásain keresztül, így a hagyományos kezelési technológiák előnyben részesített alternatívájává válik.