MMO titán anód kénhez

A szulfidok, amelyek kritikus ipari anyagok, széles körben jelen vannak olyan alapvető iparágakban, mint a bányászat, a petrolkémia, valamint a textilnyomtatás és -festés. A kezeletlen szulfidkibocsátás a globális víz- és levegőszennyezés egyik fő forrásává vált.

Vegyes fém-oxid titán anódok (MMO titán anódok), egy következő generációs, méretstabil anód (DSA), kereskedelmi tisztaságú titán hordozót használ, amelyet nemesfém-oxidokkal, például ruténiummal, irídiummal és tantállal vonnak be, hogy egy rendkívül hatékony katalitikus rendszert hozzanak létre. Kihasználva a magas elektrokatalitikus aktivitás, a kiváló korrózióállóság és a hosszú távú stabilitás fő előnyeit, kivételes teljesítményt mutatnak a szulfidszennyezés kezelésében.

Szulfidszennyezés

A szulfidot és származékait számos ipari szektorban használják, ami egy diverzifikált alkalmazási rendszert alkot, amelynek középpontjában a vegyipar áll. A szulfidképző szerek, például a nátrium-szulfid, szükségesek a színesfém-szulfidércek (például réz, cink és ólom) flotációjához és hidrometallurgiájához. Az érc bomlása szintén nagy mennyiségű szulfidot szabadít fel, és a keletkező zagyos szennyvíz a szulfidszennyezés egyik fő forrása. A nyersolajban található szerves szulfidokat (például merkaptánokat és szulfidokat) kéntelenítéssel kell eltávolítani a finomítás során. A keletkező kéntartalmú szennyvíz és a hidrogén-szulfid hulladékgáz-kezelő folyadék nagy koncentrációjú szennyező forrásokat jelent. A szulfidszennyezés, amelyet elsősorban a szennyvíz és a hulladékgáz hordoz, a magas toxicitás, a gyors átalakulás és a széles körű károsodás tipikus jellemzőit mutatja.

Súlyos toxicitásA szulfid változó pH-értékek mellett kén-dioxiddá, kén-dioxiddá és hidrogén-szulfiddá (H₂S) alakulhat. A hidrogén-szulfid egy erősen mérgező gáz. A 10 mg/m³-t meghaladó levegőkoncentráció irritálja az embert, az 1000 mg/m³-t meghaladó koncentráció pedig azonnal halálos lehet. A szennyvízben lévő szulfid fulladást és halált okozhat a vízi élőlényeknek, sőt, akár a halakat is érintheti már 0.5 mg/l koncentráció is.

RozsdásodásA szulfid anaerob környezetben mikroorganizmusok által könnyen hidrogén-szulfiddá alakul, amely a légkörbe kerül és kellemetlen szagokat okoz. A szulfid fémberendezésekkel is reakcióba lép, szulfidcsapadékot képezve, ami a csövek és reaktorok korróziójához és perforációjához vezet.

Széles körű szennyezésA kéntartalmú szennyvíz kibocsátása gyorsan csökkenti a vízben oldott oxigén mennyiségét, anaerob környezetet teremtve, ami miatt a víz sötét és bűzös lesz, ami hatással van a vízi ökoszisztémákra. A szerves szulfidok bioakkumulatívak, felhalmozódnak a táplálékláncban, és végső soron veszélyeztetik az emberi egészséget. Továbbá az összetett munkakörülmények, mint például a magas sótartalom és az erős savasság, tovább bonyolítják a szulfidok szabályozását.

Az MMO titán anód működési elve

Az MMO titánanód hatékony szulfidlebontást és -átalakítást ér el elektrokémiai oxidáció révén. A bevonat katalitikus aktív helyei megbontják a szulfidok stabil kémiai szerkezetét, ártalmatlan vagy alacsony toxicitású anyagokká alakítva azokat.

(I) Közvetlen oxidáció

Külső egyenáramú áramforrás hatására, amikor a kéntartalmú szennyvíz érintkezik az anód felületével, a szulfidok (S²⁻, HS⁻) diffundálnak és adszorbeálódnak az MMO bevonat aktív helyeire, ami közvetlen elektronátviteli reakciót eredményez. Az anód felületén keletkező erősen adszorbeált hidroxilgyökök (・OH) megtámadják a szulfidok SH és SS kötéseit, először elemi kénné (S⁰), majd tovább szulfittá (SO₃²⁻), végül pedig ártalmatlan szulfáttá (SO₄²⁻) oxidálják azokat. Az MMO bevonat alacsony túlfeszültsége hatékonyan elnyomja az oxigénfejlődés mellékreakcióját, lehetővé téve, hogy több elektron felhasználható legyen a szulfid oxidációjához, ezáltal növelve az áramhatásfokot több mint 90%-ra.

(II) Közvetett oxidáció

A kéntartalmú szennyvíz vízminőségi jellemzői alapján az indirekt oxidációs útvonalak két fő típusra oszthatók:
Klór alapú oxidációs rendszerMagas sótartalmú, klórtartalmú és kéntartalmú szennyvíz esetén a klórfejlődési reakció (2Cl⁻ – 2e⁻ = Cl₂↑) elsősorban az MMO anód felületén megy végbe. A keletkezett klórgáz gyorsan reagál a vízzel, hipoklórossavat (HClO) képezve. Erős oxidálószerként a hipoklórossav hatékonyan oxidálja a szulfidokat, különösen az alacsony koncentrációjú szerves szulfidokat, a reakciósebesség több mint háromszorosa a közvetlen oxidációnak.

Oxigén alapú oxidációs rendszerKlórmentes vagy alacsony klórtartalmú környezetben az anódon oxigénfejlődési reakció (4OH⁻ – 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O) megy végbe. A keletkezett reaktív oxigénfajták (például O₃ és ・O₂⁻) ezután oxidálják a szulfidokat. A bevonat összetételének manipulálásával (pl. az irídiumtartalom növelésével) növelhető az anódon az oxigénfejlődési potenciál, elősegítve az erős oxidáló szabadgyökök keletkezését és fokozva a makacs szerves szulfidok lebontásának képességét.

MMO titán anód típusok

A kéntartalmú szennyvíz változatos jellemzőit (például koncentráció, pH, sótartalom és nehézfémek jelenléte) figyelembe véve az MMO titánanódok számos speciális típusban kaphatók, differenciált bevonat-összetételekkel és szerkezeti kialakításokkal.

Ruténium-iridium anódokA RuO₂-IrO₂ aktív magkomponenssel ezek az anódok klórfejlődést elősegítő anódok. Ezek az anódok több mint 30%-kal növelhetik a klórfejlődés hatékonyságát klórtartalmú környezetben, gyorsan hipoklórossavat képezve a szulfidok lebontására. Különösen alkalmasak petrolkémiai művek és erőművek által termelt magas sótartalmú, kéntartalmú 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 korrózióval és oxidációval szembeni ellenállását, lehetővé téve a nagy koncentrációjú szervetlen szulfidok közvetlen oxidációját és lebontását a magas oxigénpotenciál létrehozásán keresztül. Ezek az anódok alkalmasak ásványi feldolgozás és hidrometallurgia során keletkező savas, kéntartalmú szennyvíz kezelésére. Az oxigénfejlesztő potenciál 1.40 V alatt szabályozható.

Hálós MMO titán anódokHáromdimenziós hálószerkezetüknek köszönhetően 60–80%-os porozitást és a síkelektródákhoz képest 3–5-ször nagyobb fajlagos felületet kínálnak. Alkalmasak alacsony és közepes kéntartalmú szennyvíz kezelésére.

Cső alakú MMO titán anódokÜreges csőszerkezetüknek köszönhetően erős szennyeződésállóságot és rugalmas beépítést kínálnak, lehetővé téve, hogy közvetlenül reaktorokba vagy mély kutakba helyezzék őket a nagy koncentrációjú kéntartalmú szennyvíz kezelésére. Kiemelkedő korrózióállóságuk széles körben elterjedtté teszi őket a kéntartalmú tárolótartályok körüli vészhelyzeti szennyvízkezelésben. Ellenállnak a különféle kémiai közegek okozta korróziónak, és stabil áramkimenetet biztosítanak.

Lemezes MMO titán anódokSík lemezes szerkezetüknek köszönhetően egyszerűen gyárthatók és karbantarthatók, így alkalmasak miniatürizált kéntartalmú szennyvíztisztító berendezésekhez. Több lemez kombinálható a reakcióterület beállításához a változó kezelési kapacitásigényeknek megfelelően. Hátrányuk azonban a viszonylag alacsony tömegátadási hatékonyság, amely keverőberendezést igényel a reakció egyenletességének javítása érdekében.

Az MMO titánanódok kiválasztásának vízminőségi elemzésen kell alapulnia: A ruténium-iridium hálós anódok előnyösek a nagy sótartalmú, klórtartalmú és kéntartalmú szennyvízhez; az irídium-tantál cső- vagy lemezanódokat erősen savas, nem klórtartalmú és kéntartalmú szennyvízhez kell használni; a titán-dioxiddal módosított bevonatú anódokra pedig nagy koncentrációjú, tűzálló szerves kéntartalmú szennyvízhez. A kezelési kapacitást, az energiaköltségvetést és a berendezés helyét is átfogóan figyelembe kell venni a műszaki alkalmazkodóképesség és a gazdasági racionalitás közötti egyensúly elérése érdekében. Például egy petrolkémiai vállalat 40%-kal csökkentette a kezelési költségeket a hagyományos technológiákhoz képest, miután ruténium-iridium hálós anódokat választott klórtartalmú és kéntartalmú szennyvízhez.