MMO titán anód szennyvízkezeléshez

Szennyvíztisztító központi kérdéssé vált az ökológiai biztonság és a fenntartható fejlődés biztosításában. Az ipari szennyvíz (például a nyomtatásból és festésből, gyógyszeriparból, vegyi anyagokból és galvanizálásból származó) perzisztens szerves anyagokat, nehézfém-ionokat és nagy koncentrációban sót tartalmaz. Az elektrokémiai kezelési technológia, a nagy hatékonyság, a környezetbarátság és a jó szabályozhatóság előnyeivel, kulcsfontosságú technológiává vált a komplex szennyvízkezelés kihívásainak kezelésében. Az elektróda anyagának teljesítménye közvetlenül meghatározza a technológia hatékonyságát és gazdaságosságát.

Titán alapú fém-oxid bevonatú anódok (MMO titán anódok, más néven DSA méretstabil anódok) tiszta titán hordozót használnak, amelyet nemesfém-oxidok, például ruténium, irídium és tantál kompozit bevonatával vonnak be. Ez a korrózióállóság és a katalitikus aktivitás tökéletes kombinációját éri el. Széles körben használják ipari szennyvízkezelésben, ivóvíz fertőtlenítésében és nagy sótartalmú szennyvíz sótalanításában, előmozdítva az átmenetet a zöldebb és hatékonyabb szennyvízkezelés felé.

Az MMO titán anódok működési elve

Az MMO titánanódok az áramvezetés és a katalitikus reakciók kettős hatását használják ki a szennyvízben lévő szennyező anyagok oxidatív lebontásának, flokkulációjának és elektrokémiai lerakódásának elősegítésére, hatékony szennyezőanyag-eltávolítást érve el. Az elektrokatalitikus oxidáció az MMO titánanódok központi mechanizmusa a nehezen lebontható szerves anyagok kezelésében.

Közvetlen oxidáció

A szennyező molekulák közvetlenül az MMO bevonat aktív helyeire adszorbeálódnak, majd elektronátvitel útján oxidálódnak és lebomlanak. A bevonatban található nemesfém-oxidok (például IrO₂ és RuO₂) csökkentik a reakció aktiválási energiáját, lebontják a nehezen lebontható szerves anyagok, például a benzol és a fenolok molekuláris láncait, végső soron CO₂-vé és H₂O-vá alakítva azokat.

Közvetett oxidáció

Az elektróda erős oxidálószerek, például hidroxilgyökök (・OH) és hipoklórossav (HClO) képződését katalizálja vízmolekulákból vagy kloridionokból. Ezek az aktív részecskék akár 2.8 V oxidációs potenciállal is rendelkeznek, és válogatás nélkül támadhatják a szennyező anyagokat. A klórtartalmú szennyvíz kezelése során a ruténium alapú bevonatok hatékonyan képesek a kloridionokat hipoklórossavvá alakítani, így mind lebontó, mind fertőtlenítő képességet biztosítanak. Klórmentes rendszerben az irídiumbevonat előnyösen hidroxilgyököket generál, kifejezetten a makacs szerves anyagokat célozva meg.

Elektroflokkuláció

Amikor egy MMO titán anódot egy oldható katóddal, például vassal vagy alumíniummal használnak, elektrolízissel képes elválasztani a szennyező anyagokat, flokkulálószert állítva elő. Az anód által vezetett áram feloldja a katódot, fémionokat, például Fe⁺-t és Al⁺-t generálva. Ezek az ionok vízben hidrolizálnak, flokkulálószereket, például vas-hidroxidot és alumínium-hidroxidot képezve, amelyek hatékonyan adszorbeálják a szuszpendált anyagokat, a kolloid részecskéket és néhány nehézfémiont a szennyvízben, ami kicsapódást és eltávolítást eredményez. Ez a mechanizmus kiküszöböli a további kémiai flokkulálószerek szükségességét, és több mint 40%-kal csökkenti az iszaptermelést a hagyományos flokkulációs módszerekhez képest.

Elektrokémiai leválasztás

Nehézfém szennyvíz és nagy sótartalmú szennyvíz esetén az MMO titánanód két szabadalmaztatott mechanizmuson keresztül éri el a tisztítást. A nehézfém szennyvízkezelés során az anód által létrehozott elektromos mező a Cu²⁺, Ni²⁺ és Cr⁶⁺ ionokat redukálja és lerakja a katódon, így a kinyerési arány meghaladja a 95%-ot. Nagy sótartalmú szennyvízkezelés esetén az anód és a katód által létrehozott elektromos mező az anionokat, például a kloridot és a szulfátot az anód felé, míg a kationokat, például a nátriumot és a kalciumot a katód felé vándorolják, szinergikus sótalanítást és szerves anyag lebontást eredményezve.

MMO titán anódok típusai

Az MMO titánanódok teljesítménybeli különbségeit elsősorban a bevonat összetétele és a termék formája határozza meg. A különböző típusú elektródák különböző vízminőségi jellemzőkhöz és követelményekhez alkalmasak. A szennyvízkezelési forgatókönyvek sokféleségét figyelembe véve az iparág elsősorban a következő osztályozási módszert alkalmazza az MMO titánanódok kategorizálására:

(I) Bevonat szerinti osztályozás

A bevonat összetétele közvetlenül meghatározza az elektróda katalitikus tulajdonságait és az alkalmazható közeget, és az MMO titánanódok osztályozásának alapvető alapja. Az MMO titánanódok elsősorban három kategóriába sorolhatók:

Ruténium MMO titán anódok (Klórfejlődés típusa)

A ruténium alapú MMO titán anódok (klórfejlődéses típus) RuO₂-t használnak fő hatóanyagként, jellemzően IrO₂-vel, TiO₂-vel vagy SnO₂-vel kombinálva, hogy kompozit bevonatrendszert képezzenek. Ezek az elektródák az előnyben részesített elektródák a magas kloridtartalmú szennyvíz kezelésére. Legfontosabb előnyük az alacsony klórfejlődési potenciál (≤1.36V vs. SHE), amely lehetővé teszi számukra, hogy hatékonyan katalizálják a kloridionokat oxidáló anyagokká, például hipoklórossavvá. Kiváló elektromos vezetőképességgel és klórkorrózióval szembeni ellenállással is rendelkeznek. Ezek az elektródák alkalmasak magas kloridion-koncentrációjú (jellemzően >1000 mg/l) alkalmazásokhoz, például szennyvíz galvanizálásához és sóoldat sóoldathoz. Az üzemi áramtartomány <7500 A/m², a teljesítmény pedig stabil 25-80 °C hőmérsékleti tartományban. A bevonat teljes ruténium- és irídiumtartalma jellemzően 8-35 g/m² között van szabályozva. A felület fekete, és a magas hőmérsékletű oxidációs folyamat egyenletes bevonatot képez, amely szilárdan kötődik az aljzathoz.

Iridium MMO titán anód (Oxigénfejlődés típusa)

Az IrO₂-t elsődleges hatóanyagként használva, és a stabilitás fokozása érdekében oxidokkal, például Ta₂O₅-val és TiO₂-vel adalékolva, ez az elektróda az oxigénfejlődés által dominált szennyvízkezelés magelektródája. Kiemelkedő tulajdonságai közé tartozik a mérsékelt oxigéntúlfeszültség, a vízmolekulák hatékony katalízise erős oxidálószerek, például hidroxilgyökök (・OH) előállításához, valamint a kiváló korrózióállóság savas és szulfátos rendszerekben. Ez a típusú elektróda alkalmas nehezen lebontható szerves anyagok, például nyomdaipari és festőipari szennyvíz, gyógyszeripari szennyvíz, valamint magas szulfáttartalmú ipari szennyvíz kezelésére. A bevonatveszteség aránya akár 1-6 mg/A·a is lehet.

Kompozit bevonatú MMO titán anód

Az összetett szennyvízjellemzőkhöz igazított speciális bevonórendszerek jellemzően titán-oxid kompozit bevonatból és platinacsoport-fémmel módosított bevonatból állnak. A titán-oxid bevonat kiváló sav- és lúgállóságot biztosít, így alkalmas magas szulfáttartalmú szennyvíz kezelésére. A platinacsoport-fémmel módosított bevonat kivételesen magas katalitikus aktivitást mutat, így alkalmas nagy pontosságú szennyező anyagok lebontására. Ez a típusú elektróda kiváló alkalmazkodóképességet kínál, lehetővé téve a bevonat arányának a szennyvíz összetétele (pl. fluor-, foszfor- és nehézfém-tartalom) alapján történő beállítását. Kivételesen jól teljesít speciális szennyvíz, például elektronikai szennyvíz és finomkémiai szennyvíz kezelésében.

(II) Termékforma szerinti osztályozás

A szennyvíztisztító berendezés szerkezetétől és tömegátadási követelményeitől függően az MMO titánanódok különféle formákra dolgozhatók fel az egyenletes árameloszlás és a hatékony reakció elérése érdekében.

Hálós MMO titán anód

Titán vezetőképes szalagokkal kereszthegesztett, rácsszerű szerkezetből készül, a hálóméret testreszabható (pl. 12.7 × 4.5 mm vagy 6 × 3 mm). Előnyeit a nagy felület és a magas tömegátadási hatékonyság jelenti. Nyitott elektrolizáló cellákban, nagy oxidációs tartályokban és egyéb, nagy felületű áramelosztást igénylő alkalmazásokban való használatra alkalmas hálóelektródák hatékonyan csökkenthetik a „buborékvédő hatást” és javíthatják a reakció egyenletességét. A festő szennyvízkezelésben a hálóelektródák több mint 30%-kal javíthatják a festék lebontási hatékonyságát a lemezelektródákhoz képest.

Csőszerű/rúd alakú MMO titán anódok

Üreges vagy tömör hengeres szerkezetek alkalmazásával a hosszúság a kezelési igényeknek megfelelően testreszabható. A csőszerű szerkezet turbulens áramlást hoz létre, biztosítva az elektrolit és az elektróda felülete közötti teljesebb érintkezést, 40%-kal javítva a reakció hatékonyságát a lemezelektródákhoz képest. Alkalmasak mélyfúvásos rendszerekhez, csővezetékek korrózióvédelméhez, szennyvízkezeléshez és nagy sótartalmú szennyvíz ciklikus elektrolitikus sótalanítási folyamataihoz. Egy ipari parkban titáncső-anódokat használó elektrolízisrendszer öt év folyamatos üzem után is stabil teljesítményt nyújtott, a bevonatveszteség évi 0.2 μm-nél kisebb volt.

Szalag/rugalmas MMO titán anódok

A standard szalaganódok 6.35 mm szélesek és 0.635 mm vastagok, tekercsekben kaphatók akár 76.2 méteres vagy 152.4 méteres hosszúságban. A rugalmas anódok vezetőképes polimert használnak MMO bevonattal kombinálva, így alkalmazkodnak a komplex tisztítóberendezések alakjához. Elsősorban tartályfenék korrózióvédelmére és szennyvízkezelésre használják szabálytalan alakú reakciótartályokban. Koncentrikus gyűrűkbe helyezve egyenletes árameloszlást biztosítanak ±0.1 V potenciálingadozáson belül, 98%-os potenciálegyenletességgel.