Testreszabott titán anód elektrolitikus klórozáshoz
A titánanód egy oldhatatlan anód, amely titán hordozóból készül, és egy speciális aktív bevonattal van bevonva. A titánanód nagyban elősegítette az elektrolitikus klóripar fejlődését, megváltoztatta a hagyományos elektrolitikus termelés módját, javította a hatékonyságot és a termékminőséget, valamint csökkentette a költségeket és a környezetszennyezést.
- Cink anód
- Ezüst anód
- Nikkel anód
- Réz anód
Titán anód klór elektrolízishez
A modern iparban a klór és kapcsolódó termékei számos területen létfontosságú szerepet játszanak. A vegyipari alapanyaggyártástól az ivóvízkezelésen, a papírgyártáson át az élelmiszer- és szennyvízkezelésig a klórt mindenhol használják. Az elektrolízis a klór előállításának egyik fő módszere, és a kulcs az anódban rejlik. A hagyományos anódanyagoknak számos problémájuk van az elektrolízis folyamatában, mint például a rövid élettartam, a magas energiafogyasztás és az alacsony hatásfok. Az anyagtudomány folyamatos fejlődésével a titánanódok kiváló teljesítményükkel emelkedtek ki, és ideális választássá váltak az elektrolitikus klór területén.
Ruténium titán anód
A ruténium-titán-oxid bevonat jó elektrokatalitikus aktivitással rendelkezik, amely csökkentheti a klórfejlődés túlfeszültségét az elektrolízis során, elősegítheti a kloridionok oxidációs reakcióját és javíthatja az elektrolízis hatékonyságát. Hatékonyan adszorbeálja a kloridionokat és felgyorsítja azok oxidációjának reakciósebességét klórgázzá.
Irídium-titán anód
Az irídium-titán anód nagy figyelmet kapott az elektrolitikus klór területén kiváló korrózióállósága és stabilitása miatt. A bevonat főként irídium-oxidból (például IrO₂-ból) áll. Az IrO₂ rendkívül magas kémiai stabilitással és jó elektrokatalitikus teljesítménnyel rendelkezik, különösen savas és erősen oxidáló környezetben.
Ruténium-irídium titán anód
A ruténium-iridium-titán anód ötvözi a ruténiumalapú anód jó elektrokatalitikus aktivitását és az irídiumalapú anód kiváló korrózióállóságát. A ruténium-iridiumalapú titán anód hatékonyan csökkenti a klórfejlődés túlfeszültségét és fenntartja a jó stabilitást.
A vegyes fém-oxid titán anód olyan anódra utal, amelynek kompozit bevonata több fém-oxidból áll, és titán hordozóra van felhordva. A fent említett fém-oxidok, például ruténium, irídium és tantál mellett nemesfém-oxidokat, például platinát, ródiumot és palládiumot, valamint más átmeneti fém-oxidokat (például vasat, mangánt, kobaltot stb.) is tartalmazhat. Ezen különböző fém-oxidok együttes szinergikus hatása átfogóan javítja az anód elektrokatalitikus aktivitását, korrózióállóságát, vezetőképességét és egyéb tulajdonságait. Például egyes vegyes fém-oxid bevonatok csökkenthetik a klórfejlődés túlfeszültségét, miközben gátolják a mellékreakciók előfordulását és javítják a klór tisztaságát. Az egyes fém-oxidok arányának és szerkezetének a bevonatban való ésszerű beállításával az anód alkalmazkodóképessége különböző elektrolit-összetételek és hőmérsékleti viszonyok között is optimalizálható.
Működési elv
A klórelektrolízis az elektrolizáló cella elvén alapul. Az elektrolizáló cellában egyenáram halad át az elektroliton (általában nátrium-klorid vizes oldat), és oxidációs, illetve redukciós reakciók mennek végbe az anódon, illetve a katódon. Az oxidációs reakció az anódon megy végbe, és a kloridionok (Cl⁻) elektronokat vesznek fel, és klórgázzá (Cl₂) oxidálódnak. A redukciós reakció a katódon megy végbe, és a vizes oldatban lévő hidrogénionok (H⁺) elektronokat vesznek fel, és hidrogéngázzá (H₂) redukálódnak, miközben hidroxidionokat (OH⁻) termelnek, amelyek az oldatban lévő nátriumionokkal (Na⁺) egyesülve nátrium-hidroxidot (NaOH) képeznek. A teljes reakcióképlet: 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑.
A titánanód kulcsszerepet játszik az elektrokatalitikus folyamatban a klór elektrolízisében. A felületén lévő aktív bevonat csökkentheti a klórfejlődési reakció túlfeszültségét. A túlfeszültség az elektróda reakció tényleges potenciálja és a reverzibilis elektróda reakció potenciálja közötti különbségre utal. A túlfeszültség jelenléte növeli az elektrolízis folyamat energiafogyasztását. A titánanód aktív bevonata megváltoztatja a reakció köztes lépéseit és aktiválási energiáját, megkönnyítve a kloridionok számára az elektronok leadását és az anód felületén klórgázzá oxidálódást. A ruténium alapú titánanódot példaként véve, az elektrolízis folyamata során a kloridionok először adszorbeálódnak a RuO₂ bevonat felületén, majd az elektromos tér hatására elektronátvitel történik, adszorbeált klóratomokat (Clad) hozva létre, amelyek tovább egyesülve klórgázmolekulákat (Cl₂) képeznek, és az anód felületéről az oldatba deszorbeálódnak. Ez a reakciósorozat hatékonyabban hajtható végre az aktív bevonat katalitikus hatása alatt, ezáltal csökkentve a klórfejlődési reakcióhoz szükséges energiát.
A titán anód stabilitása egyedi szerkezetének és bevonatának köszönhető. Maga a titán hordozó jó mechanikai tulajdonságokkal és korrózióállósággal rendelkezik, és stabil támaszt nyújt az aktív bevonatnak. A felületen lévő fém-oxid bevonat sűrű passziváló filmet képez az elektrolízis folyamata során. Ez a passziváló film megakadályozhatja, hogy a titán hordozó közvetlenül érintkezzen az elektrolittal, és megakadályozza a titán korrózióját. Például az irídium-titán anód felületén lévő IrO₂ bevonat stabil oxidfilmet képez az anód felületén az elektrolízis folyamata során. Az oxidfilm jó kémiai stabilitással rendelkezik, és ellenáll a nagy koncentrációjú kloridionok és az erős oxidáló klórgáz korróziójának. Ugyanakkor a bevonat más komponensei (például Ta₂O₅, TiO₂ stb.) szinergikusan hatnak az IrO₂-vel, tovább fokozva a passziváló film stabilitását és védelmét, így az irídium-titán anód stabil teljesítményt és hosszú élettartamot biztosít a hosszú távú elektrolízis során.
A klór elektrolízise során az elektróda reakciókinetikája fontos hatással van az elektrolízis hatékonyságára és az anód teljesítményére. A titánanód felületén lévő aktív bevonat megváltoztathatja az elektróda reakció kinetikai paramétereit, például a reakciósebességi állandót és az átviteli együtthatót. A bevonat összetételének és szerkezetének optimalizálásával az elektróda reakciósebessége növelhető, így az elektrolízis folyamata rövidebb idő alatt elérheti az egyensúlyi állapotot, ezáltal javítva az elektrolízis hatékonyságát. Ezenkívül az elektróda reakciókinetikája szorosan összefügg olyan tényezőkkel is, mint az elektrolit hőmérséklete, koncentrációja és áramlási sebessége. A titánanód bizonyos mértékig képes alkalmazkodni a különböző munkakörülményekhez. A bevonat teljesítményének beállításával jó elektrokatalitikus aktivitást és stabilitást tud fenntartani különböző elektrolit környezetekben, biztosítva az elektrolízis folyamat hatékony és stabil működését.
Az elektrolitikus klórgyártás alapanyagaként a titánanód pótolhatatlan szerepet játszik a modern klóralkáli iparban és a kapcsolódó iparágakban, egyedi típusának és jelentős előnyeinek köszönhetően. A különböző típusú titánanódok, mint például a ruténium, irídium, ruténium-iridium és vegyes fém-oxid titánanódok, mindegyike eltérő teljesítményjellemzőkkel rendelkezik, és különböző munkakörülményeknek és termelési igényeknek tud megfelelni.
