MMOチタンアノード は、優れた導電性、触媒活性、耐食性、寸法安定性を備えているため、二酸化塩素製造における理想的な陽極材料です。グラファイト、鉛合金、白金などの従来の陽極材料は、二酸化塩素製造の過酷な環境下で、深刻な腐食、短い寿命、高いエネルギー消費、二次汚染といった問題を抱えています。 チタン は、高酸性・高電流密度条件下でも長期間安定して動作するMMOチタン陽極製品シリーズを開発しました。二酸化塩素製造効率は92%以上、寿命は5年以上で、世界中の30社以上の企業が運用コストの大幅削減と効率向上を実現しています。本稿では、二酸化塩素製造に使用されるMMOチタン陽極の技術的側面、製品タイプ、カスタマイズソリューション、適用事例、およびサービス内容について詳しく解説し、最適な製品選びをサポートします。
二酸化塩素の製造
二酸化塩素 二酸化塩素（ClO₂）は、非常に効率的で広範囲に作用する安全な酸化剤および消毒剤であり、世界中で水処理、食品加工、医療・健康関連用途、紙の漂白などに広く使用されています。従来の塩素消毒と比較して、二酸化塩素は強力な殺菌力、持続的な消毒効果、トリハロメタン（THM）などの発がん性副生成物を生成しないといった利点があります。世界保健機関（WHO）によってクラスA1の安全な消毒剤として分類されています。
現在、二酸化塩素の製造方法は、主に化学法と電解法の2種類に分けられます。化学法は、原料の輸送や保管に伴うリスクが高く、操作が複雑で、副生成物が多いという欠点があります。一方、電解法による二酸化塩素製造技術は、安全性と環境への優しさ、操作の簡便さ、原料の入手容易性、そして製品の純度の高さといった利点から、近年最も急速に成長している主流技術となっています。
二酸化塩素製造用MMOチタン陽極コーティング
のコア MMOチタン陽極 その表面コーティングは、混合金属酸化物で構成されています。このコーティングによって、陽極の電気触媒活性、選択性、耐食性、および寿命が決まります。二酸化塩素製造の電気化学環境向けに、Wstitanium社は主に4種類のコーティングシステムを開発しました。
ルテニウム・イリジウム・チタン（RuO₂）は、現在、二酸化塩素製造用のMMOチタン陽極コーティングシステムとして最も広く使用され、技術的に成熟している。このコーティングシステムは、触媒活性成分として酸化ルテニウム（RuO₂）、耐食性向上成分として酸化イリジウム（IrO₂）、骨格安定化成分として酸化チタン（TiO₂）を使用している。
- 寿命：5〜8年
- コーティング厚さ：8〜12μm
- 二酸化塩素の純度：92％以上
- 貴金属含有量：8～25g/m²
- pH値：2-7
- 現在の効率：85％以上
- 動作温度：60℃未満
- 電流密度：<1500A/m²
- 比較的低コスト
- ほとんどの二酸化塩素発生器の場合
- 高い塩素発生触媒活性
- 塩素発生過電圧：≤1.13 V（SCE基準、2000 A/m²）
RuO₂-IrO₂-SnO₂
ルテニウムチタンコーティングは、現在最も広く使用されている塩素発生型陽極コーティングです。このコーティングは、主成分として二酸化ルテニウム（RuO₂）、骨格成分として二酸化チタン（TiO₂）を使用しています。これら2つの物質は固溶体構造を形成し、優れた電気伝導性と触媒活性を示します。
- 酸化ルテニウム（RuO₂）：35～55モル％
- 酸化イリジウム（IrO₂）：20～30モル％
- 酸化スズ（SnO₂）：10～20モル％
- 酸化チタン（TiO₂）：15～25モル％
- 寿命：6〜9年
- 二酸化塩素純度94％以上
- 毒物に対する強い抵抗力
- 塗膜密着性 ≥30 MPa
不純物を多く含む工業廃水処理に使用される二酸化塩素発生装置や、高純度の二酸化塩素を必要とする飲料水処理システムに適しています。
イリジウム・タンタル二元系コーティングは、強酸性かつ高電位の運転条件向けに特別に設計された高性能コーティングシステムです。塩素発生触媒活性はルテニウム系コーティングよりやや低いものの、極めて優れた耐食性と耐酸化性を示します。
- pHは0-14
- 酸化イリジウム（IrO₂）：50～70モル％
- 酸化タンタル (Ta₂O₅): 30-50 mol%
- 寿命：8〜12年
- 酸素拡散速度：10⁻¹⁴ cm²/s
- 動作電圧：5.0V
酸化イリジウム（IrO₂）は、コーティングの主要な触媒活性成分です。IrO₂は、強酸性および強酸化性環境下ではほとんど溶解しません。IrO₂は、酸素発生反応（OER）と塩素発生反応（CYR）の両方に対して優れた触媒活性を示します。
MMOチタン陽極の比較
異なるコーティングシステム間の性能差をより直感的かつ包括的に理解していただくために、Wstitaniumは3種類のMMOチタン陽極コーティングの主要パラメータの詳細な比較表を作成しました。すべてのデータは、標準試験条件下におけるWstitanium製品の代表値です。
| ル・イル・ティ | Ru-Ir-Sn | イルタ | グラデーション複合コーティング | 試験規格／方法 | |
|---|---|---|---|---|---|
| コーティング組成物 | RuO₂-IrO₂-TiO₂ | RuO₂-IrO₂-SnO₂-TiO₂ | IrO₂-Ta₂O₅ | Ti-Ir遷移層 + Ru-Ir-Ti触媒層 + Ir-Ta保護層 | X線蛍光分析法（XRF） |
| コーティングの厚さ | 6〜10 µm | 7〜12 µm | 8〜15 µm | 8〜13 µm | 走査型電子顕微鏡（SEM） |
| 貴金属の充填 | 15～25gsm | 18～30gsm | 25～40gsm | 20～35gsm | 重量法 |
| 塩素発生ポテンシャル（SCE基準、2000 A/m²） | ≤1.13V | ≤1.10V | ≤1.20V | ≤1.11V | リニアスイープボルタンメトリー（LSV） |
| 酸素発生ポテンシャル（SCE基準、2000 A/m²） | ≤1.60V | ≤1.58V | ≤1.55V | ≤1.57V | リニアスイープボルタンメトリー（LSV） |
| ClO₂選択性 | ≥90％ | ≥92％ | ≥88％ | ≥93％ | ヨウ素滴定 |
| 電流密度 | 100～2000A/m² | 100～2500A/m² | 100～3000A/m² | 100～3000A/m² | - |
| 動作電圧 | 1.5〜3.5 V | 1.4〜3.4 V | 1.6〜5.0 V | 1.4〜3.5 V | - |
| pH範囲 | 2-8 | 1-9 | 0-14 | 0-12 | - |
| 温度 | ≤60°C | ≤65°C | ≤80°C | ≤70°C | - |
| コーティング接着 | ≧25MPa | ≧30MPa | ≧35MPa | ≧40MPa | スクラッチテスト |
| 抵抗率 | ≤ 1×10⁻⁴ Ω·cm | ≤ 8×10⁻⁵ Ω·cm | ≤ 1.2×10⁻⁴ Ω·cm | ≤ 9×10⁻⁵ Ω·cm | 4点プローブ法 |
| 加速寿命試験（1mol/L H₂SO₄、20000 A/m²） | ≥3000時間 | ≥3500時間 | ≥8000時間 | ≥5000時間 | ネイス TM0108 |
| 耐用年数 | 5〜8年 | 6〜9年 | 8〜12年 | 8〜12年 | 現場適用データ |
| コストパフォーマンス評価 | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | - |
| 優位性 | 成熟した技術、低コスト | 高い活性、高い毒性耐性 | 極めて高い耐食性 | 最適な総合性能 | - |
| デメリット | 耐酸性が低い | 若干コストが高い | 塩素発生活性が低く、コストが高い | 複合製剤技術 | - |
Wstitaniumカスタムソリューション
Wstitaniumは、お客様それぞれの二酸化塩素製造システムには独自の技術要件と運転条件があることを理解しています。そのため、お客様に合わせたソリューションを提供いたします。
チタン陽極板
板状チタン陽極は、ASTM B265 グレード 1 またはグレード 2 の純チタン板を基材として使用し、切断、溶接、表面処理、コーティングを経て製造されます。通常、厚さは 0.5 ～ 3.0 mm です。電流密度が高い場合は、より厚い板が必要です。チタン導電棒が溶接されています。サンドブラストと酸洗により表面が粗くなり、コーティングと基材の密着性が向上します。電流分布は比較的均一です。板状陽極は、正方形、長方形、円形など、電解槽のサイズに合わせてあらゆるサイズと形状にカスタマイズできます。板状チタン陽極には、比表面積が小さい、電解液の流れが悪い、気泡の排出が難しいなどの制限もあります。
- 平板型電解槽の場合
- 隔膜なし電気分解用
- 予算が限られている方へ
| カスタム仕様 | デフォルト | 公差 | Notes | |
|---|---|---|---|---|
| 基板 | ASTM B265 グレード1 / グレード2 チタン | グレード2 | - | グレード1は耐食性に優れ、グレード2は強度が高い。 |
| 長さ | 10〜3000 mm | - | ±0.5 mm | 最大長さ6000mm |
| 幅（Width） | 10〜2000 mm | - | ±0.5 mm | 最大幅2000mm |
| 厚さ | 0.3〜10.0 mm | ２０ mm | ±0.05 mm | 電流密度が高いほど、推奨される厚みも大きくなる。 |
| 導体材料 | ASTM B348 グレード2 純チタン | グレード2 | - | 銅被覆チタン導体が入手可能です |
| 導体径 | 6〜30 mm | ２０ mm | ±0.1 mm | 現在の規模に基づいて選択 |
| 導体の長さ | 50〜500 mm | ２０ mm | ±1.0 mm | 電解槽の構造に基づいて選定 |
| 導体溶接 | 任意の位置 | 片端中央 | - | 溶接位置はカスタマイズ可能です |
| コーティングシステム | Ru-Ir-Ti / Ru-Ir-Sn / Ir-Ta / 勾配多層 | ル・イル・ティ | - | 運転条件に基づいて選択 |
| コーティングの厚さ | 5〜20 µm | 8μm | ±1µm | 長寿命化にはより厚いコーティングが必要となる |
| 貴金属の充填 | 10～50gsm | 20 g /m² | ±2 g/m² | 予算と生活上のニーズに基づいて |
| 表面処理 | サンドブラスト＋酸洗／酸洗のみ／研磨 | サンドブラスト処理＋酸洗 | - | サンドブラストと酸洗処理により最高の密着性が得られます |
| エッジ処理 | 直線カット／丸みを帯びたカット／面取り加工／エッジ加工 | ストレートカット | - | 丸みを帯びたエッジと面取りされたエッジが選択可能 |
| 取り付け穴 | 位置とサイズを自由にカスタマイズ | - | ±0.1 mm | 絞り、位置、数量をカスタマイズ可能 |
メッシュチタン陽極
メッシュチタン陽極は、二酸化塩素製造において最も広く使用されている陽極形状の1つです。大きな比表面積、良好な電解液の流れ、容易な気泡排出などの利点があり、電解効率を大幅に向上させ、エネルギー消費を削減します。メッシュサイズは、1×2 mm、2×4 mm、3×6 mm、4×8 mm、5×10 mmなどがあります。メッシュの厚さは0.5～1.5 mmです。チタン導電棒または銅端子が溶接されています。より大きなメッシュ陽極の場合、通常はチタン補強リブが裏面に溶接されます。メッシュチタン陽極の比表面積は、同じサイズの板状陽極の比表面積よりも30～50%大きくなります。しかし、メッシュチタン陽極には、製造技術が複雑、機械的強度が低い、スケールが蓄積しやすいなどの制限もあります。
- 隔膜電気分解用
- 高い電解効率が求められる用途向け
| カスタム仕様 | デフォルト | 公差 | Notes | |
|---|---|---|---|---|
| 基板 | ASTM B265 グレード1 / グレード2 純チタン | グレード2 | - | - |
| 長さ | 10〜3000 mm | - | ±0.5 mm | 最大長さ3000mm |
| 幅（Width） | 10〜2000 mm | - | ±0.5 mm | 最大幅2000mm |
| 厚さ | 0.3〜3.0 mm | ２０ mm | ±0.05 mm | - |
| メッシュオープニング | 1×2 mm / 2×4 mm / 3×6 mm / 4×8 mm / 5×10 mm / 6×12 mm / カスタム | 3ミリメートル×6 | - | カスタマイズ可能 |
| メッシュ形状 | ひし形／正方形／円形 | ダイヤモンド | - | ダイヤモンドメッシュは最も広く使用されています |
| 導体材料 | ASTM B348 グレード2 純チタン | グレード2 | - | 銅導体バーが入手可能です |
| 導体径 | 6〜30 mm | ２０ mm | ±0.1 mm | - |
| 導体の長さ | 50〜500 mm | ２０ mm | ±1.0 mm | - |
| コーティングシステム | Ru-Ir-Ti / Ru-Ir-Sn / Ir-Ta / 勾配多層 | ル・イル・ティ | - | - |
| コーティングの厚さ | 5〜20 µm | 8μm | ±1µm | - |
| 貴金属の充填 | 10～50gsm | 20 g /m² | ±2 g/m² | - |
| 表面処理 | サンドブラスト＋酸洗／酸洗のみ | サンドブラスト処理＋酸洗 | - | - |
| エッジ処理 | 角ばった／直線カット／丸みを帯びた | エッジ付き | - | 縁取り加工により機械的強度が向上する |
| 補強リブ | 数量と位置をカスタマイズ | - | - | 大型メッシュ陽極の場合 |
| 取り付け穴 | 位置とサイズを自由にカスタマイズ | - | ±0.1 mm | - |
| マーキング | カスタム製品ロゴとシリアル番号 | - | - | - |
管状チタン陽極
管状チタン陽極は均一な電流分布を実現し、管状電解槽に適しているため、大規模な工業用二酸化塩素製造システムにおいて好ましい陽極形状となっています。管状チタン陽極は、ASTM B338グレード1またはグレード2の継ぎ目のない純チタン管を基材とし、切断、溶接、表面処理、コーティング工程を経て製造されます。両端にはチタンフランジ、エンドキャップ、またはねじ込み式チタンコネクタを溶接できます。これにより、より小さなスペースで広い表面積を確保できるため、電解槽の容積と設置面積を大幅に削減できます。
- ASTM B338 シームレスチタンチューブ
- 直径：φ10mm-φ100mm
- 壁の厚さ：0.5-3.0mm
| パラメータのカテゴリ | カスタム仕様 | デフォルト | 公差 | Notes |
|---|---|---|---|---|
| 基板 | ASTM B338 グレード1/グレード2 シームレス純チタン管 | グレード2 | - | 溶接チタンチューブも入手可能です。 |
| 外径 | 6〜114 mm | ２０ mm | ±0.1 mm | 利用可能なサイズ：19、25、32、38、50、63、76、89、108、114 mm |
| 壁の厚さ | 0.3〜5.0 mm | ２０ mm | ±0.05 mm | より高い作動圧力には、より厚い壁厚が必要となる。 |
| 長さ | 50〜6000 mm | - | ±1.0 mm | 最大長さ6000mm |
| 接続タイプ | フランジ／ねじ込み式／溶接式／クランプ式 | フランジ | - | - |
| フランジ規格 | GB/T 9119 / ANSI B16.5 / JIS B2220 / DIN | GB / T 9119 | - | 特注の非標準フランジもご用意できます |
| フランジ素材 | ASTM B381 グレード2 純チタン | グレード2 | - | - |
| ねじの種類 | NPT / PT / G / M | NPT | - | カスタムスレッドタイプも利用可能 |
| コーティングシステム | Ru-Ir-Ti / Ru-Ir-Sn / Ir-Ta / 勾配多層 | ル・イル・ティ | - | - |
| コーティングの厚さ | 5〜20 µm | 8μm | ±1µm | - |
| 貴金属の充填 | 10～50gsm | 20 g /m² | ±2 g/m² | - |
| 表面処理 | サンドブラスト＋酸洗／酸洗のみ | サンドブラスト処理＋酸洗 | - | - |
| 内面コーティング | オプション | なし | - | 内面と外面の両方にコーティングを施した製品をご用意しております。 |
| 圧力定格 | PN10 / PN16 / PN25 / PN40 | PN16 | - | より高い圧力定格はカスタマイズ可能です |
| マーキング | カスタム製品ロゴとシリアル番号 | - | - | - |
カスタムチタン陽極サービス
Wstitaniumは、高度なCNC加工センター、レーザー切断機、溶接ロボットを活用し、お客様からご提供いただいたCADまたはSTEP図面に基づいて材料を精密に加工します。これには、円、かご、螺旋などの幾何学的形状も含まれます。専門的な電気化学シミュレーションソフトウェアと経験豊富なシミュレーションエンジニアが、お客様からご提供いただいた図面とパラメータに基づいて、電解槽内の流れ場と電流分布をシミュレーションおよび解析します。
- 電解質の流れを予測する。
- 電流分布を予測する。
- 陽極の形状とサイズを最適化する。
- 陽極の性能とエネルギーを予測する。
- 陽極の性能とエネルギーを予測する。
- 合理的な支持・固定構造を設計する。
さまざまな二酸化塩素製造技術について
二酸化塩素の製造には様々な技術が存在します。それぞれの技術によって、陽極材料に求められる要件は異なります。Wstitanium社のMMOチタン陽極製品は、現在主流となっているすべての二酸化塩素製造技術に適しており、各技術の特性に合わせて最適化されています。
| 生産方法 | 原料 | ClO₂の純度 | 原材料コスト | 設備投資 | 操業コスト | 安全性 | 環境にやさしい | 推奨コーティング | 耐用年数 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 電解塩化ナトリウム法 | NaCl | 60〜80％ | ロー | 技法 | 技法 | ハイ | ハイ | Ru-Ti、Ru-Ir | 3〜8年 |
| 電解亜塩素酸ナトリウム法 | 塩化ナトリウム | 90〜97％ | ハイ | 高いメディア | ハイ | ハイ | ハイ | ル・イル | 5〜12年 |
| 電解塩素酸ナトリウム法 | NaClO₃ | 95〜98％ | 高いメディア | ハイ | 高いメディア | ハイ | ハイ | ル・イル | 8〜12年 |
| 塩酸-亜塩素酸ナトリウム法 | NaClO₂ + HCl | 90〜95％ | ハイ | ロー | ハイ | 技法 | 技法 | ルティ | 3〜5年 |
| 塩素 - 亜塩素酸ナトリウム法 | NaClO₂ + Cl₂ | 95〜98％ | 技法 | ロー | 技法 | ロー | 技法 | ル・イル | 3〜5年 |
| メタノール還元法 | NaClO₃ + H2SO4 + CH₃OH | 95〜98％ | ロー | ハイ | ロー | ロー | ロー | ル・イル | 5〜8年 |
FAQ
MMOチタン陽極の正式名称は混合金属酸化物チタン陽極で、サイズ安定化陽極（DSA）とも呼ばれます。純チタンを基材とし、ルテニウム、イリジウム、タンタル、チタンなどの金属酸化物からなる混合金属酸化物コーティングを1層以上塗布したものです。従来の黒鉛陽極、鉛系陽極、白金陽極と比較して、MMOチタン陽極には以下のような重要な違いと利点があります。
| パフォーマンス指標 | MMOチタンアノード | グラファイト陽極 | 鉛陽極 | 白金陽極 |
|---|---|---|---|---|
| 寸法安定性 | 素晴らしい、電気分解中に寸法変化なし | 貧弱で、徐々に溶けて消費される | 良好、ゆっくりと溶ける | 素晴らしい |
| 耐用年数 | 5〜12年 | 6〜12月 | 1〜2年 | 3〜5年 |
| 塩素発生過電位 | 低電圧、≤ 1.13 V (対 SCE、2000 A/m²) | 高電圧、約1.3V | 非常に高い、約1.5V | 低電圧、約1.15V |
| エネルギー消費 | ロー | ハイ | すごく高い | ロー |
| 汚染 | 汚染物質を含まず、電解質溶液にも溶解しない。 | 汚染物質を生成し、炭素粒子を発生させる | 汚染物質を生成し、鉛イオンを発生させる | 汚染のない |
| 電流密度 | 高、最大3000 A/m² | 低、≤ 1000 A/m² | 低、≤ 800 A/m² | 高、最大5000 A/m² |
| メンテナンス費用 | 低品質で、頻繁な交換は不要です。 | 高い交換頻度が必要 | 高い交換頻度が必要 | 技法 |
| 価格 | 技法 | ロー | ロー | すごく高い |
二酸化塩素生成のための電気化学的環境は、以下の特徴を有する。
酸性環境：pHは通常2～6の範囲。
高濃度の塩化物イオン：電解質には大量の塩化物イオンが含まれています。
高い酸化電位：二酸化塩素生成反応の標準電極電位は1.599V（vs SHE）です。
複雑な反応系：塩素発生、酸素発生、二酸化塩素生成など、複数の並行反応が同時に存在する。
MMOチタン陽極は、以下の理由から二酸化塩素製造に適しています。
優れた耐酸性および耐塩化物イオン性：酸性および塩化物含有媒体中で長期間にわたり安定した運転が可能。
高酸化電位安定性：酸化や溶解することなく、高い酸化電位に耐える。
優れた電気触媒活性と選択性：副反応を抑制しながら、塩化物イオンの二酸化塩素への酸化を効率的に触媒します。
寸法安定性：電極間隔を安定的に維持し、安定した電気分解効率を確保します。
長寿命：機器のメンテナンスコストとダウンタイムを大幅に削減します。
化学的方法と比較して、電解による二酸化塩素製造には以下の利点がある。
高い安全性：塩酸、硫酸、塩素などの危険な化学物質の保管や使用が不要になるため、漏洩や爆発のリスクを回避できます。
優れた環境性能：排水を排出しないため、環境に優しい。
簡単な操作：高度な自動化、簡単な操作、専門的な化学作業員は不要。
低い運営コスト：特に大規模生産において、原材料費が低いため、運営コストが大幅に削減される。
安定した製品品質：継続的な生産により、安定した製品品質が保証されます。
必要に応じて現地生産：二酸化塩素は必要に応じて生産できるため、保管や輸送中の損失や安全上のリスクを回避できます。
電気分解による二酸化塩素製造のエネルギー消費量は、製造技術、陽極の性能、および運転パラメータによって異なる。
塩化ナトリウムの電気分解：3.5～5.0 kWh/kg ClO₂
亜塩素酸ナトリウムの電気分解：2.5～4.0 kWh/kg ClO₂
塩素酸ナトリウムの電気分解：3.0～4.5 kWh/kg ClO₂
Wstitanium社のMMOチタン陽極は、塩素発生過電圧を効果的に低減し、電流効率を向上させることで、エネルギー消費量を削減します。一般的な陽極と比較して、当社の製品はエネルギー消費量を10～20%削減できます。
はい、MMOチタン陽極は二酸化塩素の製造だけでなく、以下のような他の多くの電気化学的用途にも使用されています。
次亜塩素酸ナトリウムの製造、塩素アルカリ工業、電気めっき、金属回収、陰極防食、水素製造のための水の電気分解、有機電気合成、廃水処理、海水淡水化。
Wstitanium社は、さまざまなニーズに対応するため、異なる用途分野向けに、それぞれに適した特殊コーティングシステムと製品を開発してきました。
カスタマイズされた陽極の形状とサイズ：電解槽の構造に合わせて、あらゆる形状とサイズの陽極をカスタマイズできます。
カスタマイズコーティングシステム：お客様の使用条件に基づいた特殊配合によるカスタマイズコーティング。
カスタマイズされた貴金属負荷：耐用年数要件と予算に応じて貴金属負荷を調整します。
カスタマイズされた導電構造：電力接続方法に基づいたカスタマイズされた導電構造。
カスタマイズされた完全陽極アセンブリ：完全な陽極アセンブリの設計および製造。
Wstitanium社のMMOチタン陽極製品は、以下の国際規格を満たしています。
ASTM B265：チタンおよびチタン合金の板、シート、ストリップの標準仕様
ASTM B338：チタンおよびチタン合金のシームレスチューブの標準仕様
ASTM B348: チタンおよびチタン合金の棒およびビレットの標準仕様
YS/T 828-2022：陰極防食用チタン陽極
GB/T 23756-2021：電気化学用途向けチタン系酸化物アノード
HG/T 2471-2007：電解槽用金属陽極
ISO 9001:2015: 品質マネジメントシステム要求事項
