MMO titán anód cső alakú

A titán alapú fém-oxid bevonatú elektróda kulcsfontosságú elemeként (MMO) családA cső alakú MMO titánanódok egyedi üreges hengeres szerkezetükkel és kiváló általános teljesítményükkel számos ipari alkalmazásban előnyben részesített elektródamegoldássá váltak. A vegyes fém-oxid cső alakú titánanódok, más néven méretstabil anódok (DSA), nemesfém-oxidok, például ruténium, irídium és tantál kompozit bevonatát használják, amelyet iparilag tiszta titáncső felületére visznek fel. Ez a bevonat ötvözi a titán korrózióállóságát a bevonat magas elektrokémiai aktivitásával.

Az üreges szerkezet cső alakú MMO titán anódok tökéletesen kezeli az olyan kulcsfontosságú kihívásokat, mint az elektrolitkeringetés, a gázszökés és a hatékony helykihasználás, lehetővé téve alkalmazásukat a vízkezelésben, az elektrolitikus gyártásban és a katódos védelemben.

A csöves MMO titán anódok specifikációi

A cső alakú MMO titánanódok specifikációi három fő dimenzióra összpontosítanak: az aljzat tulajdonságaira, a bevonatra és a szerkezeti méretekre. A titánanódok pontosan testreszabhatók az alkalmazási követelményeknek megfelelően, a fő paraméterek közvetlenül meghatározzák az alkalmazható forgatókönyveket és a teljesítménykorlátokat.

(I) Hordozóanyag

Az aljzat az anód szerkezeti alapjaként szolgál, és teljesítménye közvetlenül befolyásolja mechanikai szilárdságát és élettartamát. Az aljzat anyaga iparilag TA1 és TA2 osztályú (megfelel a Gr1 és Gr2 nemzetközi szabványoknak), ≥99.5%-os tisztasággal. Ez az aljzat sűrű oxidfilmet képez erősen korrozív környezetben, például erős savakban, magas sókoncentrációban és tengervízben, amely hatékonyan ellenáll a korróziónak. Az aljzat mechanikai tulajdonságainak olyan követelményeknek kell megfelelniük, mint a ≥240 MPa szakítószilárdság és a ≥20%-os nyúlás, biztosítva a deformációval és töréssel szembeni ellenállást összetett körülmények között, például nagy nyomás és mély elásás esetén.

A bevonat tapadásának fokozása érdekében a titáncső felületét homokfúvással, elektrolitikus polírozással vagy kémiai maratással előkezelik, hogy érdes felületet hozzanak létre, amelynek Ra értéke 1.6-6.3 μm, biztosítva a bevonat és az aljzat közötti biztonságos kötést. Fizikai méreteket tekintve a titáncsövek külső átmérője jellemzően 10 mm és 50 mm között van, falvastagságuk pedig 0.5 mm és 3 mm között van (a vékony falú csövek alacsony nyomású alkalmazásokhoz, míg a vastag falú csövek nagynyomású elektrolízis rendszerekhez alkalmasak). Az egyes csövek hossza 0.5 m és 6 m között mozog, és karimákkal vagy argon ívhegesztéssel meghosszabbíthatók, hogy megfeleljenek a különböző berendezések telepítési követelményeinek.

(II) Bevonatok

A bevonat kulcsfontosságú az anód elektrokémiai teljesítményének meghatározásában. Összetételének arányát és paramétereit pontosan szabályozni kell a reakció típusa alapján. A fő bevonórendszerek két kategóriába sorolhatók: ruténium-iridium-titán kompozit bevonatok (RuO₂/IrO₂/platina) alkalmasak klórfejlődés által dominált alkalmazásokhoz, mint például a klóralkáli ipar és a tengervíz klórozása; az irídium-tantál-titán bevonatok (IrO₂/Ta₂O₅/TiO₂) az oxigénfejlődési reakciókra összpontosítanak, és olyan alkalmazásokhoz alkalmasak, mint a katódos védelem és a víz elektrolízise. A bevonat vastagságát 5 μm és 20 μm között kell szabályozni. A túl vastag bevonatok hajlamosak a repedésre, míg a túl vékony bevonatok elégtelen kopásállóságot eredményezhetnek. A bevonat súlyának el kell érnie a 8-15 g/m²-t, az egyenletességi tűrése legfeljebb ±5% lehet.

A kiváló minőségű bevonatok tapadási szilárdságának ≥30 MPa-nak kell lennie (hősokk- vagy szakítóvizsgálattal igazolva), az ellenállásnak pedig ≤10⁻⁴Ω·cm-nek, biztosítva az alacsony energiájú vezetést. Az elektrokémiai teljesítmény tekintetében a bevonat túlfeszültségének ≤0.3V-nak kell lennie névleges áramsűrűségnél, az oxigénfejlődési potenciálnak <1.45V-nak 1 mol/L H₂SO₄ oldatban, a polarizációs aránynak ≤50 mV/dec-nek, az éves bevonatveszteségnek pedig ≤10%-nak kell lennie, biztosítva a hosszú távú stabil működést.

(III) Szerkezet

A csőanódok szerkezeti kialakítását és működési paramétereit az adott alkalmazási helyzethez kell igazítani. A csatlakozási felületek kialakításához jellemzően peremes tömítéseket vagy menetes csatlakozásokat használnak. Nagyfeszültségű alkalmazásokhoz IP68-as besorolású tömítőszerkezetekre van szükség az elektrolit szivárgásának megakadályozása érdekében. A belső fal sima felületet biztosít a folyadékáramlás elősegítése érdekében, míg a külső fal bevonattal van ellátva a reakciófunkció elérése érdekében, vagy mind a belső, mind a külső fal bevonattal van ellátva a reakcióterület növelése érdekében.

Az alkalmazható pH-tartomány 1-14, és kompatibilis savas, semleges és lúgos elektrolitokkal. Az üzemi hőmérséklet-tartomány -10°C és 80°C között van. Magas hőmérsékletű környezetben hűtőrendszerre van szükség a bevonat degradációjának megakadályozása érdekében. Az üzemi nyomás 0.1 MPa és 1.0 MPa között van, a falvastagságtól és a csatlakozási módtól függően. Az elektrokémiai üzemi paramétereket tekintve a tipikus üzemi áramsűrűség 100 A/m² és 1000 A/m² között van (sótalanításhoz akár 2000 A/m², katódos védelemhez pedig akár 50 A/m²). A határáram-sűrűség ≥1500 A/m²; ennek az értéknek a túllépése könnyen a bevonat kiégéséhez vezethet.

A csöves MMO titán anódok előnyei

A hagyományos grafit-, ólom- és egyéb MMO-anódokkal összehasonlítva a cső alakú MMO titánanódok számos előnnyel rendelkeznek az elektrokémiai teljesítmény, a szerkezeti kompatibilitás és a gazdaságosság terén, különösen a következő méretekben:

(I) Rendkívül hatékony és stabil elektrokémiai teljesítmény

A cső alakú MMO titánanódok fő előnyei a magas katalitikus aktivitás és az alacsony energiafogyasztás. A nemesfém-oxid bevonat jelentősen csökkenti a reakció túlfeszültségét, lehetővé téve a klóralkáli iparban a 95%-ot meghaladó áramhatékonyságot, és 10-30%-kal csökkentve az energiafogyasztást a grafitanódokhoz képest.

Az üreges szerkezet egyenletes elektrolitáramlást biztosít, elkerülve a lokalizált koncentrációs polarizációt. Emellett elősegíti a reaktív gázok (például oxigén és klór) gyors kiáramlását, csökkentve a buborékok felhalmozódása által okozott feszültségingadozásokat. A cellafeszültség stabilan 1.5V-3.5V között marad, ami jelentősen javítja a működési stabilitást. A méretstabilitás különösen jelentős előny, mivel az anód méretváltozása az elektrolízis során kevesebb, mint 0.1%. Ez megakadályozza az elektróda deformációja miatti elektrolízis távolság változását, és stabil hosszú távú működési paramétereket biztosít.

(2) Kiváló korrózióállóság

A titán hordozó és a nemesfém bevonat kombinációja kivételes korrózióállóságot biztosít az anódnak, biztosítva a stabil teljesítményt olyan zord környezetben, mint a tengervíz, erős savak és erős lúgok. A bevonat veszteségi aránya jellemzően kevesebb, mint 10 mg/(A·h), ami 5-15 év tipikus élettartamot, mélytengeri vagy erősen savas környezetben pedig 3-5 év élettartamot eredményez. A tisztaságra érzékeny alkalmazásokban, mint például a galvanizálás és az ivóvízkezelés, ez az anód teljesen kiküszöböli a nehézfém- vagy részecskeszennyeződést, javítva a termékminőséget és a feldolgozás biztonságát.

(3) Szerkezeti alkalmazkodóképesség

A csőszerű szerkezet az a fő jellemző, amely megkülönbözteti ezt az anódot a többi anódtól, kivételes alkalmazkodóképességet biztosítva. Üreges formája tökéletesen kiegészíti a hengeres reaktorokat és folyadékkezelő rendszereket, biztosítva a hatékony elektrolitáramlást és az egyenletes reakciót. Olyan alkalmazásokban, mint a vízelektrolízis és a szennyvízkezelés, a reakcióhatékonyság több mint 30%-kal magasabb, mint a lemezes anódoké. Olyan alkalmazásokban, mint a mélyfúrt kutak katódos védelme és a földalatti csővezetékek korrózióvédelme, a csőszerű anódok függőlegesen eltemethetők a talajban vagy vízben, ami jelentősen megtakarítja a felületet és kiterjesztett védelmet biztosít.

(IV) Gazdasági és környezeti előnyök

Bár a cső alakú MMO titánanódok kezdeti beszerzési költsége magasabb, mint a hagyományos elektródáké, jelentős életciklus-költségelőnyöket kínálnak. A klóralkáli iparban például hosszú élettartamuk és alacsony energiafogyasztásuk több mint 40%-kal csökkentheti az összköltségeket. Katódos védelmi rendszerekben egyetlen cső alakú anód nagyobb lefedett területet biztosít, csökkentve az anódok számát és a csere gyakoriságát, ami kiemelkedő hosszú távú gazdasági előnyöket eredményez.

A bevonat rendkívül stabil, gyakorlatilag nem bocsát ki nehézfémeket vagy szilárd szennyező anyagokat, így elkerülhető az ólomanódokkal járó másodlagos szennyeződés. Vízkezelési alkalmazásokban csökkentheti a fertőtlenítési melléktermékek képződését, megfelelve a zöld ipari szabványoknak.