Platina bevonatú titán anód

Az elektrokémia területén az elektródák az energiaátalakítás és az anyagreakciók központi hordozói. Teljesítményük közvetlenül meghatározza a hatékonyságot, a minőséget és a műszaki stabilitást. Az olyan iparágak gyors fejlődésével, mint az új energia, a környezetvédelem és a galvanizálás, a hagyományos elektródaanyagok, mint például a grafit és az ólomötvözetek, fokozatosan olyan hiányosságokat mutattak fel, mint a gyenge korrózióállóság, a rövid élettartam, a magas energiafogyasztás és a másodlagos szennyezés keletkezése.

Pt-titán anódokA platina kiváló elektrokémiai aktivitását, valamint a titán hordozó nagy szilárdságát és korrózióállóságát kihasználva kulcsfontosságú anyaggá vált az elektróda meghibásodásának kezelésében zord üzemi körülmények között. A titán hordozó nemcsak kiváló mechanikai szilárdsággal és teljesítménnyel rendelkezik, alkalmazkodik a különféle elektróda konfigurációkhoz (például lemez, háló, cső és szálas), hanem sűrű oxid filmet (TiO₂) is képez erősen savas, lúgos és erősen oxidáló környezetben, hatékonyan védve a korrozív közeg okozta korrózió ellen. A platina bevonat, amely az elektrokémiai reakciók „aktív központjaként” működik, rendkívül magas túlfeszültség-stabilitást mutat az oxigén- és klórfejlődés szempontjából, jelentősen csökkentve az elektrokémiai reakció energiafogyasztását, miközben megakadályozza a platina-titán anód oldódását a reakció során.

A platina-titán anódok alkalmazása a ...-ban kezdődött. klóralkáli ipar a 20. század közepétől-végéig. A gyártástechnológia fejlődésével alkalmazási lehetőségei fokozatosan bővültek galvanizáló (például aranyozás, ezüstözés, nikkelezés), víz elektrolízis (hidrogéntermelés, oxigéntermelés), szennyvízkezelés (szennyező anyagok elektrokatalitikus oxidációs lebontása), fém elektrolitikus finomítás (például réz, nikkel és kobalt tisztítása) és egyéb területek.

A platina-titán anódok előnyei

A hagyományos elektródaanyagokhoz képest a platina-titán anódok jelentős előnyöket mutatnak a teljesítmény, a költséghatékonyság és a környezetbarát jelleg terén. Ezek az előnyök a „platina bevonat + titán hordozó” kompozit szerkezetükből erednek.

1. Kiváló korrózióállóság

Az elektrokémiai iparban az elektródák gyakran ki vannak téve erős savaknak (mint például kénsav, sósav, és salétromsav), erős bázisok (például nátrium-hidroxid), magas sótartalmú (például nátrium-klorid és magnézium-klorid) vagy erősen oxidáló környezetek (például hipoklórossav és hidrogén-peroxid). A hagyományos elektródák (például a grafit és az ólomötvözetek) hajlamosak a korrózióra, az oldódásra vagy a szerkezeti károsodásra, ami rövid elektróda élettartamot eredményez (jellemzően csak néhány hónaptól egy évig), gyakori cserét igényel, növeli az állásidő költségeit és a karbantartási munkaterhelést.

A platina-titán anódok korrózióállósága két fő tulajdonságból ered: Először is, a titán hordozó passziváló hatásából – a titán gyorsan egy körülbelül 5-10 nm vastag sűrű oxidfilmet (TiO₂) képez korrozív közegben. Ez az oxidfilm rendkívül kémiailag stabil, hatékonyan izolálja a korrozív közeget a hordozótól, és megakadályozza a titán további oxidációját. Másodszor, a platina bevonat kémiailag inert. A platina az egyik legstabilabb kémiailag nemesfém. Nem oldódik a legtöbb savas és lúgos környezetben szobahőmérséklettől magas hőmérsékletig (≤600°C), és ellenáll az erős oxidáló ionok, például a Cl⁻, O₂ és H₂O₂ korróziójának.

2. Kiváló elektrokémiai aktivitás

Egy elektrokémiai reakció energiafogyasztása közvetlenül összefügg az elektróda „túlfeszültségével”. Minél alacsonyabb a túlfeszültség, annál alacsonyabb a reakcióhoz alkalmazott feszültség, ami alacsonyabb energiafogyasztást eredményez. A hagyományos elektródák (például az ólomötvözetek) magas oxigénfejlődési túlfeszültséggel rendelkeznek (jellemzően 0.6-0.8 V), aminek következtében jelentős mennyiségű elektromos energia vész kárba az elektrolízis során, amely hővé alakul. A platinabevonat azonban rendkívül magas elektrokatalitikus aktivitást mutat, jelentősen csökkentve a kulcsfontosságú reakciók, például az oxigén- és klórfejlődés túlfeszültségét. A víz elektrolízisét tekintve, egy platina-titán anód oxigénfejlődési túlfeszültsége lúgos körülmények között mindössze 0.2-0.3 V. Az ólomötvözet anódhoz képest ez 0.4-0.5 V-tal csökkentheti az elektrolizátor cellafeszültségét. Egy 1000 Nm³ éves hidrogéntermelő kapacitású elektrolizátor esetében ez évente körülbelül 1.2×10⁵ kWh villamos energiát takaríthat meg, ami körülbelül 40 tonna standard szénnek felel meg. Ez nemcsak a termelési költségeket csökkenti, hanem a szén-dioxid-kibocsátást is. Továbbá a platinabevonat rendkívül egyenletes aktivitása megakadályozza az elektróda felületén túlzottan intenzív lokális reakciók által okozott „forró pontok” kialakulását, tovább javítva az elektrolízis stabilitását és csökkentve a mellékreakciókat (például a szennyező gázok képződését és a fémionok oldódását).

3. Kiváló mechanikai tulajdonságok

Az elektróda szerkezeti kialakítását az adott alkalmazási forgatókönyvhöz kell igazítani (pl. elektrolizáló cella mérete, reakcióáramlás eloszlása ​​és beépítési tér). A hagyományos, törékeny anyagokat (például a grafitot) nehéz összetett formákká (pl. vékony falú csövekké vagy porózus hálókká) feldolgozni, és a beépítés és szállítás során törésre hajlamosak. A titán ezzel szemben kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, 500-700 MPa szakítószilárdsággal és körülbelül 15-20%-os nyúlással. A hagyományos feldolgozási technikákkal, mint például a sajtolás, hegesztés és vágás, különféle szerkezetekké, többek között lemezekké, hálókká, csövekké, szálakká és spirálokká gyártható, hogy megfeleljen a változatos üzemi körülmények igényeinek.

Például a környezeti vízkezeléshez használt elektrokatalitikus oxidációs berendezésekben porózus hálós platina-titán anódokra van szükség a szennyvíz és az elektróda közötti érintkezési felület növelése érdekében. Továbbá a platinabevonat erős kötést mutat a titán hordozóval (tapadás meghaladja az 50 MPa-t), és ellenáll a leválásnak olyan körülmények között, mint a rezgés és a hőmérséklet-ingadozások (-50 °C és 200 °C között).

4. Környezetbarát és szennyezésmentes

A hagyományos elektródák használat közben hajlamosak a másodlagos szennyeződésre. Például az ólomötvözet anódokból az elektrolízis folyamata során nyomokban ólomionok oldódnak ki, bekerülnek az elektrolitba vagy a termékekbe (például a galvanizált alkatrészekbe és az ivóvízbe), veszélyt jelentve az emberi egészségre és a környezetre. A grafitanódok az elektrolízis folyamata során oxidatív kopásnak is ki vannak téve, ami grafitport képez, amely szennyezi az elektrolitot, és rendszeres tisztítást igényel.

A platina-titán anódok alapvetően kezelik ezt a szennyezési problémát. Először is, a platina oldódási sebessége rendkívül alacsony (savas környezetben, szobahőmérsékleten az éves oldódási sebesség ≤0.1 mg/m²), ami kiküszöböli a nehézfém-szennyezést. Másodszor, az elektródák selejtezése után a platinaforrások speciális technológiával kinyerhetők (a kinyerési arány meghaladja a 95%-ot), megvalósítva az anyag újrahasznosítását és összhangban a „zöld gyártás” fejlesztési koncepciójával.

5. Hosszú távú működési stabilitás

A hagyományos elektródák rövid élettartamúak és hajlamosak a korrózióra, ami gyakori állásidőt igényel cseréjük miatt. Ez nemcsak a karbantartó személyzet munkaterhelését növeli, hanem termelési megszakításokat is okoz, és hatással van a termelékenységre. A platina-titán anódok hosszú élettartamukkal (jellemzően 5-10 év) és nagy stabilitásukkal jelentősen csökkentik a karbantartás gyakoriságát és az állásidőt.

Egy klóralkáli üzem példájánál fogva a hagyományos grafit anódokat egy-két évente cserélni kell. Minden csere három-öt nap állásidőt igényel, ami körülbelül 10-15%-os termeléskiesést eredményez. A platina-titán anódok bevezetésével öt-nyolc évente cserére van szükség, így az állásidő ötévente egyszerire csökken. Ez évente körülbelül 10-15 nappal növeli a tényleges termelési időt. Tonnánként 200 jüan profittal számolva egy 100 000 tonna marónátron éves termelési kapacitású üzem további körülbelül 500 000-800 000 jüan profitot termelhet. Továbbá a platina-titán anódok kiküszöbölik a gyakori karbantartási műveletek, például az elektródatávolság beállításának és az elektrolit utántöltésének szükségességét, tovább csökkentve az üzemeltetési költségeket és javítva a termelési hatékonyságot.

Az elektrokémiai ipar maganyagaként a platina-titán anódok sikeresen megoldották a hagyományos elektródák (grafit, ólomötvözetek) rövid élettartamának, magas energiafogyasztásának és magas szennyezésének problémáit a „platinabevonat nagy aktivitásának és korrózióállóságának”, valamint a „titán hordozó nagy szilárdságának és feldolgozhatóságának” köszönhetően. Kulcsfontosságú támogatást nyújtottak olyan iparágak korszerűsítéséhez és fejlesztéséhez, mint a klóralkáli, a galvanizálás, a víz elektrolízise hidrogén előállítására és a környezetbarát vízkezelés.