Titán anód tengervíz sótalanításához

A globális édesvízválság az emberi fejlődést korlátozó egyik fő kihívássá válik. A Föld felszíni vizeinek 97.5%-a tengervíz. A hatékony és költséghatékony sótalanítás forró témává vált a globális kutatásban és iparban. A technológiai fejlődéssel a sótalanítás a laboratóriumi kutatásokból a nagyméretű alkalmazások felé haladt, és az alapanyagok terén elért áttörések e fejlődés egyik fő mozgatórugói.

Vegyes fém-oxid titán anódok (MMO titán anódok), egy új funkcionális elektródaanyag, ipari tisztaságú titán alapját használja, amelyet nemesfém-oxidokkal, például ruténiummal és irídiummal vontak be. Kivételes korrózióállóságuk, magas katalitikus aktivitásuk és hosszú távú stabilitásuk úttörő alkalmazásokat eredményezett a sótalanításban. Az MMO titánanódok a gyors korrózióveszteség, az alacsony elektrolízis hatékonyság és a magas karbantartási költségek kihívásaira a nagy sótartalmú környezetben, így nélkülözhetetlen alapalkatrészei a modern sótalanító rendszereknek.

Az MMO titán anódok működési elve

Az MMO titánanódok hatásmechanizmusa a tengervíz sótalanító rendszerekben az elektrokémia körül forog. Alapelve a bevonat katalitikus aktivitásának és a titán hordozó stabilitásának szinergikus hatása, amely több funkciót is elér, például sótalanítást, vízkő eltávolítást és fertőtlenítést. Az MMO titánanódok „hordozó-bevonat” kompozit szerkezetet használnak. A titán hordozó Gr1/Gr2 minőségű ipari tisztaságú titán, jellemzően 0.5-3 mm vastag. A homokfúvás érdesített felületet hoz létre a bevonat tapadásának javítása érdekében. A felületi bevonat aktív nemesfém-oxidok (például RuO₂ és IrO₂) és segédoxidok (például TiO₂ és Ta₂O₅) speciális keverékéből áll. A szol-gél eljárással és magas hőmérsékletű szintereléssel többszörös bevonattal előállított titán hordozó, bár mindössze 20-50 μm vastag, méhsejtszerű porózus szerkezetet képez, 35-45%-os porozitással, ami 5-8-szorosára növeli a tényleges reakcióterületet. Ez a szerkezet kihasználja a titán hordozó korrózióállóságát és a nemesfém bevonat által elért hatékony elektrokatalízist, kettős „fizikai + kémiai” védelmi rendszert alkotva.

(I) Elektrokémiai sótalanítás

A tengervíz sótalanítására szolgáló elektrokémiai kezelőegységben az MMO titánanód anódként működik, amely oxidációs reakción megy keresztül.

Klórfejlődés és fertőtlenítésA tengervízben lévő kloridionok katalitikusan oxidálódnak az anód felületén, klórgázt (Cl₂) termelve. Ez a klórgáz tovább reagál a vízzel, hipoklórossavat (HClO) képezve, amely erős oxidatív fertőtlenítő hatást fejt ki, hatékonyan elpusztítja a baktériumokat, algákat és más mikroorganizmusokat a tengervízben, akár 98%-os algaeltávolítási aránnyal. A ruténium alapú bevonat jelentősen csökkenti a klórfejlődés túlfeszültségét, több mint 30%-kal növelve a klórfejlődés hatékonyságát.

Szennyezőanyag-bomlásAz elektrolízis során hidroxilgyökök (・OH) és ózon (O₃) is keletkeznek az anód felületén. Ezek az anyagok nemcsak fokozzák a fertőtlenítő hatást, hanem oxidálják és lebontják a tengervízben lévő szerves szennyező anyagokat is, csökkentve a későbbi sótalanító egységek kezelési terhelését.

Elektrokémiai vízkőtelenítésA katód közelében képződő nagy koncentrációjú hidroxidionok megváltoztatják a tengervíz kémiai egyensúlyát, ami kalcium- és magnéziumionok kicsapódását idézi elő. Az MMO anód által termelt hatóanyagok megbontják a vízkő rácsszerkezetét, elősegítve annak fizikai hámlását, ezáltal csökkentve a sótalanító membránok és hőcserélők vízkőlerakódását és eltömődését a forrásnál.

Az MMO titánanód alacsony polarizációja kulcsfontosságú a sótalanítás hatékonyságának javításában. Polarizációs feszültsége 200 mV alá szabályozható, ami több mint 60%-kal alacsonyabb, mint a hagyományos grafitanódoké. A nemesfém bevonat magas katalitikus aktivitása 1.6 V-ról 1.3 V-ra csökkenti az oxigénfejlődés túlfeszültségét. Ez a hatékony energiaátalakítási képesség közvetlenül csökkenti a tengervíz sótalanításának energiaköltségeit, átlépve a „költségfordulópontot”, és versenyképessé téve a csapvíz költségeivel.

MMO titán anód típusok

A bevonat összetételétől, szerkezeti morfológiájától és alkalmazási forgatókönyveitől függően az MMO titánanódok tengervíz sótalanítására különféle típusokra oszthatók. Minden típus eltérő teljesítményelőnyöket kínál, és különböző sótalanítási technológiai követelményekhez alkalmas.

Ruténium MMO titán anódok

Egy RuO₂-TiO₂ bevonatrendszer segítségével a nagy hatékonyságú klórfejlődésre összpontosítanak, a hagyományos elektródákhoz képest 40%-kal jobb klórfejlődési hatékonyságot elérve. Alkalmasak tengervíz sótalanításában használt fertőtlenítő egységekhez. 10 g/l kloridion-koncentráció mellett is stabilitást biztosítanak tengervízben, kevesebb mint 1 mg/A éves fogyasztási rátával és több mint 15 éves élettartammal.

Iridium MMO titán anódok

Az IrO₂-Ta₂O₅ bevonat formulájának köszönhetően kiváló oxigénfejlődési teljesítményt és oxidatív korrózióállóságot biztosítanak. Oxigénfejlődési potenciáljuk 0.2 V-tal alacsonyabb, mint a platinaelektródáké, így alkalmasak az erős oxidáló környezetet igénylő sótalanító előkezelő egységekhez. Ez a típusú anód nagyobb áramsűrűséget képes elviselni, és stabil működést tud fenntartani 2000 A/m²-es nagy terhelési körülmények között, így alkalmas a nagyméretű sótalanító üzemek folyamatos üzemi követelményeinek kielégítésére.

Platina MMO titán anód

A platinacsoportbeli fémek hozzáadása a bevonathoz kettős klór- és oxigénfejlődést tesz lehetővé, ami a legnagyobb katalitikus hatékonyságot, de viszonylag magas költségeket is eredményez. Elsősorban olyan sótalanítás utáni folyamatokban használják, ahol a vízminőségi követelmények rendkívül magasak, például az elektronikai iparban az ultratiszta víz előállításához szükséges sótalanítás előtti eljárásban.

Hálós MMO titán anód

3×50 mm-es, 50-200 mesh sűrűségű, szőtt titánszalagból készült, nagy felületet és egyenletes árameloszlást kínál. A lézergravírozással létrehozott porózus szerkezet ötszörösére növeli a felületet, és 40%-kal javítja a vízkő eltávolításának hatékonyságát. Alkalmas nyílt tengervíz-előkezelő tartályokhoz, egyszerű telepítéssel és alacsony karbantartási költségekkel rendelkezik, így széles körben használják kis és közepes méretű sótalanító üzemekben.

Cső alakú MMO titán anódok

Ezek a titáncső alapú, jellemzően 50 mm külső átmérőjű és legfeljebb 6000 mm hosszú anódok MMO bevonattal vannak ellátva, így csőszerű szerkezetet hoznak létre. Koksz töltőanyagok adhatók hozzá a vezetőképesség növelése érdekében. Ez a szerkezet megkönnyíti a csővezeték sótalanító rendszerekbe való integrációt, és alkalmas zárt elektrokémiai kezelőegységekhez. Nagyon keresettek a helytakarékos alkalmazásokhoz a tengeri sótalanító berendezésekben.

Rugalmas MMO titán anódok

A 8 mm-es PTFE tokozással ellátott titánmaggal rendelkező anódok minimális hajlítási sugara 50 mm, ami lehetővé teszi a rugalmas fektetést a berendezés kontúrjai mentén, és háromszorosára javítja a telepítési hatékonyságot a hagyományos lemezanódokhoz képest. Alkalmasak komplex sótalanító berendezésekhez vagy tengeri sótalanító rendszerekhez, és ellenállnak a dinamikus körülményeknek, például a turbulenciának és a rezgésnek.

A Wstitanium célzott bevonatformulákból álló könyvtárat fejlesztett ki, amelyeket a tengervíz sótalanításának változatos műszaki követelményeihez igazítottak. A fordított ozmózis előkezelés magas klórtartalmú környezetéhez optimalizálták a ruténium alapú bevonatban a RuO₂ és a TiO₂ arányát, ami több mint 92%-ra növelte a klórfejlődés hatékonyságát. A desztillációs sótalanítás magas hőmérsékletű környezetéhez az irídium alapú bevonat szinterelési folyamatát fejlesztették, így a bevonat hőmérséklet-tűrése 120°C-ra emelkedett, ami messze meghaladja az iparágban szabványos 80°C-os felső határértéket. A bevonat összetételének pontos szabályozásával az anód energiafogyasztása 22-30%-kal csökkenthető bizonyos sótalanítási alkalmazásokban, így az anód élettartama több mint 25 évre nő.

A Wstitanium képes anódok tervezésére és gyártására a legkülönfélébb konfigurációkban, különféle termékeket kínálva, beleértve a hálós, csőszerű és rugalmas szerkezeteket, hogy megfeleljen a különféle sótalanító berendezések telepítési követelményeinek. Nagyméretű szigeti sótalanító üzemekhez 3 mm vastag titánszalagokból szőtt nagyméretű anódhálókat kínálunk, ≤10mV/m védőpotenciál-gradienssel és 98%-os élvédelmi lefedettséggel. Óceánjáró hajókhoz miniatürizált, rugalmas anódkábeleket fejlesztünk, legalább 50 mm-es hajlítási sugárral, amelyek alkalmasak a hajók zárt tereiben való telepítésre. Mélytengeri sótalanító kísérleti berendezésekhez speciális nyomásálló anódokat kínálunk, amelyek akár 10 MPa nyomáson is stabilan működnek, és akár 3,000 méteres mélységig is alkalmasak. Ezek a termékek -40°C és 120°C közötti hőmérsékleten is működnek, alkalmazkodva a poláris és trópusi régióktól a különböző éghajlatokhoz.