MMO Titanium Anode voor Antibiotica

Antibiotica, een belangrijke doorbraak in de humane geneeskunde, zijn een essentieel onderdeel geworden van de preventie en behandeling van infectieziekten, de bescherming van de volksgezondheid en de bevordering van de grootschalige ontwikkeling van de veehouderij. De grote hoeveelheid antibioticaresten die vrijkomt tijdens de productie, het gebruik en de afvoer ervan, vormt echter geleidelijk een wereldwijd milieuprobleem. Monitoring heeft meer dan 68 soorten antibiotica aangetroffen in oppervlaktewater, grondwater en zelfs drinkwater, die door hun cumulatieve effecten een potentiële bedreiging vormen voor het evenwicht in het ecosysteem en de gezondheid van de mens.

Gemengde metaaloxide titanium anoden (MMO titanium anoden), als zeer efficiënte elektrokatalytische elektroden, vertonen baanbrekende voordelen op het gebied van antibiotica-afbraak dankzij de corrosiebestendigheid en de hoge katalytische activiteit van hun titaniumsubstraat.

Antibioticabesmetting

Het gebruik van antibiotica is doorgedrongen tot tal van belangrijke sectoren, waaronder de gezondheidszorg en de landbouw. ​​Als belangrijkste geneesmiddelen voor de behandeling van bacteriële infecties worden antibiotica zoals penicillines en cefalosporines veel gebruikt bij de behandeling van luchtweg- en urineweginfecties en vormen ze een cruciale verdedigingslinie voor de menselijke gezondheid. Tetracyclines en macroliden worden veel gebruikt in de vee- en pluimveehouderij om dierziekten te voorkomen en de groei te bevorderen. In de voedingsmiddelenindustrie worden antibiotica gebruikt om fruit en groenten te conserveren en bacteriën te bestrijden bij de productie van bier.

Bronnen van vervuiling

Hooggeconcentreerd afvalwater afkomstig van de farmaceutische productie (met antibioticaconcentraties van honderden tot duizenden mg/l) is een belangrijke bron van vervuiling. Ongeveer 10%-30% van de antibioticagrondstoffen wordt geloosd met afvalwater. Medische systemen produceren ook medisch afvalwater dat antibiotica bevat en uitwerpselen van patiënten. Mest van veehouderijen en afvalwater van de vee- en pluimveehouderij, waar niet-geabsorbeerde antibiotica in het milieu terecht kunnen komen, dragen bij aan de verspreiding van besmetting. Bovendien verergert onjuiste afvoer van verlopen antibiotica de verspreiding van besmetting.

Milieugevaren

Lage concentraties antibiotica in het milieu kunnen bacteriën ertoe aanzetten om genen te ontwikkelen die resistent zijn tegen geneesmiddelen. Genoverdracht kan leiden tot de vorming van superbacteriën, wat een aanzienlijke uitdaging vormt voor klinische anti-infectiebehandeling. Antibiotica zijn aanzienlijk toxisch voor in het water levende organismen. Zo bedraagt ​​de halfremmende concentratie (EC50) van tetracycline voor algen slechts 0.5-2.0 mg/l, wat de balans van aquatische voedselketens kan verstoren. Voor terrestrische organismen kunnen antibioticaresten in de bodem de activiteit van bodemorganismen zoals regenwormen remmen, waardoor de bodemvruchtbaarheid afneemt.

Bedreigingen voor de menselijke gezondheid

Antibiotica kunnen het menselijk lichaam binnendringen via drinkwater en de voedselketen. Langdurige ophoping kan het endocriene systeem verstoren en de immuunfunctie aantasten, wat een potentieel risico vormt voor de ontwikkeling van kinderen.

Moeilijk te behandelen

Amidebindingen, hydroxylgroepen en andere groepen in hun moleculaire structuur maken ze chemisch stabiel. Conventionele zuiveringstechnologieën verwijderen doorgaans minder dan 60% van deze antibiotica. Ze hebben ook de neiging complexen te vormen met andere verontreinigende stoffen in het water, wat de zuivering verder bemoeilijkt.

Werkingsprincipe van de MMO-titaniumanode

De MMO-titaniumanode breekt antibiotica af door middel van elektrokatalytische oxidatie, waarbij directe en indirecte oxidatiemechanismen worden geïntegreerd. Het afbraakpad wordt dynamisch aangepast op basis van het type antibioticum, de concentratie en de watermatrixeigenschappen, wat uiteindelijk resulteert in een onschadelijke behandeling.

(I) Directe oxidatie

Directe oxidatie betreft de directe oxidatie van antibioticummoleculen op het anodeoppervlak door middel van elektronenoverdracht. Hierdoor is het geschikt voor de behandeling van afvalwater met een hoge concentratie antibiotica.

Antibioticamoleculen worden door elektrostatische aantrekkingskracht, waterstofbruggen en andere interacties aan het oppervlak van de MMO-coating geadsorbeerd. Onder invloed van het elektrische veld verliezen de antibioticamoleculen elektronen en oxideren ze tot kationische vrije radicalen. Vervolgens breken de chemische bindingen, zoals de preferentiële splitsing van de β-lactamring in β-lactamantibiotica, wat resulteert in verlies van antimicrobiële activiteit.

Oxidatie-intermediairen ondergaan verdere ringopeningsreacties, waarbij ze worden omgezet in kleine organische moleculen zoals carbonzuren en aldehyden. Uiteindelijk worden sommige van deze producten omgezet in CO₂, H₂O en anorganische ionen, waardoor volledige mineralisatie wordt bereikt. Experimenten hebben aangetoond dat de directe oxidatie-efficiëntie van penicilline op het MMO-anodeoppervlak meer dan 80% kan bedragen.

(II) Indirecte oxidatie

Bij indirecte oxidatie wordt gebruikgemaakt van reactieve oxidatieve soorten (ROS) die bij de anode ontstaan ​​om antibiotica af te breken. Het is een veelgebruikte methode bij de behandeling van afvalwater met een lage concentratie.

H₂O of OH⁻ ontlaadt zich aan het anodeoppervlak om fysiek geadsorbeerde ・OH te genereren. Met een redoxpotentiaal tot wel 2.8 V kan ・OH willekeurig actieve groepen op antibioticummoleculen aanvallen, waardoor een kettingoxidatiereactie ontstaat en een "elektrochemische verbranding"-achtige afbraak ontstaat. Deze route kan een mineralisatiepercentage van meer dan 90% bereiken voor tetracycline-antibiotica.

In een chloorhoudend elektrolytsysteem wordt Cl⁻ aan de anode geoxideerd tot Cl₂, dat vervolgens hydrolyseert en reactieve chloorsoorten zoals HClO/ClO⁻ genereert. Deze soorten oxideren efficiënt amino- en hydroxylgroepen in antibioticummoleculen. Tegelijkertijd vormen metaaloxiden zoals Ru en Ir in de MMO-coating een reversibel redoxkoppel, dat continu oxideert en verontreinigende stoffen afbreekt via valentiecycli. In chloorhoudend afvalwaterzuivering kan deze route de verwijderingsefficiëntie van antibiotica met meer dan 30% verhogen.

(III) Synergetische afbraak

De MMO-titaniumanode kan een synergetisch effect creëren met andere technologieën, waardoor het effect van antibioticaafbraak wordt versterkt. In het elektro-Fenton-systeem reageert H₂O₂, gegenereerd aan de kathode, met Fe²⁺ tot ・OH, waardoor de COD-verwijderingssnelheid van ceftriaxonnatrium stijgt van 65% bij elektrolyse alleen tot 92%.

De voordelen van titanium

Als professionele fabrikant van MMO-titanium-anoden maakt Wstitanium gebruik van een uitgebreid R&D-systeem en productietechnologie. De MMO-titanium-anoden, speciaal ontworpen voor antibioticabehandeling, bieden uitgebreide voordelen op het gebied van prestaties, kwaliteit en service.

(I) Grondstoffen

Wstitanium heeft een streng kwaliteitscontrolesysteem voor grondstoffen opgezet. Alle titaniumsubstraten zijn gemaakt van zuiver Gr1-titanium dat voldoet aan de ASTM-normen, met een zuiverheid van meer dan 99.6%. Door middel van meerdere processen, zoals zandstralen en beitsen, wordt de oppervlakteruwheid van het titaniumsubstraat gecontroleerd op Ra 1.5-3.0 μm, wat een hechting van de coating van >5 MPa garandeert.

De RuO₂ titaniumanode, ontwikkeld voor afvalwater met een hoog zoutgehalte, biedt een 30% hogere chloorontwikkelingsefficiëntie en een 25% hogere productie van actief chloor vergeleken met de industriële normen.

De IrO₂-Ta₂O₅ De titaniumanode is ontworpen voor afvalwater met een hoge concentratie. De OH-productie neemt met 45% toe en de mineralisatiegraad van antibiotica kan oplopen tot meer dan 80%.

Door de introductie van de dopingtechnologie met zeldzame aardmetalen wordt het energieverbruik van de coating teruggebracht tot minder dan 0.5 μg/Ah, waardoor de levensduur met 50% wordt verlengd in vergelijking met conventionele coatings.

(II) Coating

Voor het aanbrengen van coatings wordt gebruikgemaakt van robotspuiten, waarbij de diktetolerantie wordt beperkt tot ±2 μm om een ​​uniforme coating te garanderen.

Sinteren op hoge temperatuur wordt uitgevoerd in een oven met geprogrammeerde temperatuur, waarbij de sintertemperatuur nauwkeurig wordt geregeld tussen 400 en 600 °C om een ​​stabiele kristalstructuur van de coating te garanderen. De tests worden uitgevoerd door gezaghebbende instituten en omvatten 12 indicatoren, waaronder de samenstelling van de coating, elektrochemische eigenschappen en corrosiebestendigheid. Het gekwalificeerde percentage MMO-titaniumanodes blijft boven de 99.5%.

(3) Maatwerk

Wstitanium heeft de kenmerken van antibioticumafvalwater uit verschillende industrieën grondig onderzocht en biedt uitgebreide maatwerkdiensten:
Wij produceren anodes in diverse vormen, waaronder plat, buisvormig en gaasvormig, afgestemd op de grootte van de behandelingsapparatuur. Gaasanodes kunnen de massaoverdrachtsefficiëntie met 50% verbeteren en de afbraak van antibiotica met 40% versnellen. We optimaliseren coatingformules en elektrodeafmetingen voor antibioticaafvalwater met verschillende concentraties (50-5000 mg/l) en typen (zoals β-lactams en tetracyclines), waarbij we een evenwicht bereiken tussen energieverbruik en efficiëntie.