Anoda Titanium untuk Pengolahan Air Limbah
Anoda titanium memiliki ketahanan korosi yang sangat baik, konduktivitas yang tinggi, aktivitas katalitik yang baik, dan masa pakai yang lama. Anoda ini dapat beroperasi secara stabil di lingkungan pembuangan limbah yang keras, sehingga menyediakan dasar yang kuat untuk penerapan teknologi pengolahan limbah elektrokimia.
- Anoda titanium berlapis iridium
- Anoda titanium berlapis platina
- Anoda titanium berlapis rutenium
- Anoda titanium berlapis oksida campuran
- Sel elektrolit titanium
- Anoda titanium berlapis paladium
- Anoda komposit karbon-titanium
- Anoda komposit oksida logam-logam
Pembuatan Anoda Titanium Khusus untuk Pengolahan Air Limbah
Dengan percepatan industrialisasi dan urbanisasi global, polusi air menjadi semakin serius. Pengolahan limbah, sebagai mata rantai utama untuk memastikan penggunaan sumber daya air yang berkelanjutan dan menjaga keseimbangan lingkungan ekologis, telah mendapat perhatian yang belum pernah terjadi sebelumnya. Anoda titanium, sebagai komponen inti dari sistem pengolahan limbah elektrokimia, memainkan peran yang menentukan dalam efisiensi dan efektivitas pengolahan limbah. Anoda berlapis berbasis titanium adalah substrat titanium dengan satu atau lebih lapisan pelapis oksida logam aktif katalitik yang dilapisi pada permukaan melalui proses tertentu. Jenis anoda ini paling banyak digunakan dalam pengolahan limbah. Menurut komposisi pelapis yang berbeda, anoda ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa jenis berikut.
Permukaannya dilapisi dengan lapisan oksida rutenium (Ru) dan iridium (Ir). Lapisan rutenium-iridium memiliki kinerja katalitik evolusi klorin yang sangat baik. Dalam limbah yang mengandung ion klorida, lapisan ini dapat secara efisien meningkatkan oksidasi ion klorida untuk menghasilkan gas klorin, dan kemudian menghasilkan asam hipoklorit dan ion hipoklorit dengan sifat pengoksidasi yang kuat, yang dapat mengoksidasi dan mendegradasi bahan organik, bakteri, virus, dan polutan lainnya dalam limbah.
Lapisan permukaannya adalah timbal dioksida (PbO₂), yang terbagi menjadi dua bentuk kristal: α-PbO₂ dan β-PbO₂. β-PbO₂ memiliki aktivitas dan stabilitas elektrokatalitik yang tinggi, serta memiliki kemampuan oksidasi yang kuat terhadap polutan organik. Saat mengolah air limbah industri yang mengandung sejumlah besar polutan organik yang sulit didegradasi seperti air limbah percetakan dan pewarnaan serta air limbah farmasi, anoda berlapis timbal dioksida berbasis titanium telah menunjukkan efek pengolahan yang baik.
Anoda pelapis komposit multikomponen berbasis titanium. Seperti ruthenium-iridium-timah (Ru-Ir-Sn) berbasis titanium, iridium-tantalum (Ir-Ta) berbasis titanium, dan pelapis komposit lainnya. Produk ini menggabungkan keunggulan beberapa anoda pelapis tunggal, seperti kinerja katalitik evolusi oksigen dan klorin yang sangat baik, beradaptasi dengan kebutuhan pengolahan berbagai jenis limbah, dan menunjukkan keunggulan unik dalam pengolahan limbah dengan kualitas air yang kompleks.
Prinsip Kerja
Dalam elektrokimia pengolahan limbah, anoda titanium bertindak sebagai anoda dan mengalami reaksi oksidasi. Mengambil contoh penanganan polutan organik, ketika molekul organik dalam limbah mendekati permukaan anoda titanium, elektron dalam molekul tersebut dikenai medan listrik anoda, dan terjadi reaksi oksidasi.
Molekul-molekul organik ini pertama-tama dioksidasi menjadi radikal bebas intermediet, yang memiliki reaktivitas tinggi dan selanjutnya dapat bereaksi dengan air atau zat-zat lain, dan secara bertahap dioksidasi dan diurai menjadi karbon dioksida, air, dan molekul-molekul anorganik kecil lainnya. Misalnya, ketika mengolah metanol (CH₃OH), metanol kehilangan elektron pada permukaan anoda titanium dan mengalami reaksi oksidasi: CH₃OH + H₂O – 6e⁻ = CO₂ + 6H⁺. Untuk limbah yang mengandung ion klorida, anoda titanium (seperti anoda berlapis rutenium-iridium berbasis titanium) meningkatkan reaksi oksidasi ion klorida (Cl⁻). Ion klorida kehilangan elektron pada permukaan anoda untuk menghasilkan gas klorin (Cl₂): 2Cl⁻ – 2e⁻ = Cl₂↑. Klorin yang dihasilkan akan bereaksi dengan air menghasilkan asam hipoklorit (HClO) dan ion hipoklorit (ClO⁻): Cl₂ + H₂O ⇌ HClO + H⁺ + Cl⁻. HClO dan ClO⁻ bersifat sangat oksidatif dan dapat mengoksidasi serta menghancurkan polutan seperti bahan organik, bakteri, dan virus dalam limbah.
Anoda dan katoda titanium bersama-sama membentuk rangkaian elektrolisis yang lengkap. Mengambil contoh penghilangan ion logam berat dalam limbah, sementara bahan organik di anoda dioksidasi, ion logam berat memperoleh elektron di katoda dan direduksi menjadi unsur logam dan diendapkan pada permukaan katoda. Misalnya, saat mengolah limbah yang mengandung ion tembaga (Cu²⁺), reaksi katoda adalah: Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu. Katoda dan reaksi katoda bekerja sama untuk menghilangkan berbagai polutan dalam limbah dan mencapai tujuan pemurnian kualitas air.
Kesimpulan
Sebagai komponen inti dari teknologi pengolahan limbah elektrokimia, anoda titanium telah menunjukkan prospek aplikasi yang luas di bidang pengolahan limbah karena kinerja dan keunggulannya yang unik. Meskipun anoda titanium memiliki banyak keunggulan dalam pengolahan limbah, anoda titanium masih menghadapi beberapa tantangan. Misalnya, beberapa anoda titanium berkinerja tinggi (seperti anoda logam mulia berbasis titanium) mahal, yang membatasi aplikasi skala besarnya. Untuk beberapa jenis limbah khusus, seperti limbah yang mengandung sejumlah besar bahan tersuspensi dan konsentrasi garam yang tinggi, perlu untuk lebih mengoptimalkan kinerja dan parameter teknis anoda titanium untuk meningkatkan efek pengolahan.
