MMO Titanium Anode voor Kleurstof

Kleurstoffen zijn als belangrijkste grondstoffen die kleur aan materialen geven onmisbaar in moderne industriële systemen. Het afvalwater van kleurstoffen is echter een belangrijke uitdaging geworden in de wereldwijde behandeling van industrieel afvalwater. Met de snelle ontwikkeling van industrieën zoals de textieldruk- en verfindustrie, de leer- en papierindustrie, neemt de lozing van afvalwater van kleurstoffen jaarlijks toe.

Traditionele behandelingstechnologieën, zoals biologische afbraak en adsorptie, worden over het algemeen beperkt door lage ontkleuringspercentages, onvolledige afbraak en het ontstaan ​​van secundaire vervuiling bij het omgaan met de complexe en zeer stabiele samenstelling van moderne synthetische kleurstoffen. MMO titanium anoden (met gemengde metaaloxide gecoate titaniumanodes), een zeer efficiënt elektrochemisch materiaal, gebruiken industrieel zuiver titanium als substraat en zijn gecoat met een composietcoating van edelmetaaloxiden zoals ruthenium, iridium en tantaal. Hun uitstekende elektrokatalytische activiteit, chemische stabiliteit en uitzonderlijk lange levensduur maken ze uniek voordelig voor de geavanceerde behandeling van kleurstofafvalwater.

Verontreiniging van afvalwater door kleurstoffen

De textieldruk- en verfindustrie is de belangrijkste bron van afvalwater afkomstig van kleurstoffen. Tijdens het verven, bedrukken en fixeren van katoen, linnen, zijde en chemische vezelstoffen wordt ongeveer 10%-20% van de kleurstof met het spoelwater afgevoerd, wat resulteert in afvalwater met een hoge chroma en een hoge concentratie organische stof. Dit genereert gemiddeld 200-300 ton kleurstof. afvalwater per ton stof. Bij de synthese van azokleurstoffen, antrachinonkleurstoffen en reactieve kleurstoffen bedraagt ​​de grondstofconversie doorgaans slechts 70%-80%. Niet-gereageerde aromatische verbindingen, tussenproducten en bijproducten komen tijdens het was- en scheidingsproces in het afvalwatersysteem terecht, wat resulteert in een complexe samenstelling en een hoge toxiciteit.

Hoge chroma: Het afvalwater heeft een donkere kleur en blijft zelfs na duizenden keren verdunning zichtbaar. Zo vertoont afvalwater van azokleurstoffen levendige tinten zoals rood en geel, terwijl afvalwater van antrachinonkleurstoffen vaak blauw of zwart is. Deze afvalwatersoorten beïnvloeden niet alleen de watertransparantie, maar vormen ook potentiële toxische risico's.

Hoge concentraties verontreinigende stoffen: Het CZV (chemisch zuurstofverbruik) varieert doorgaans van 800 tot 5000 mg/l, waarbij sommige afvalwatersoorten met een hoge concentratie tienduizenden mg/l bereiken. Het bevat ook grote hoeveelheden zwevende deeltjes, zout en additieven, wat een aanzienlijke belasting vormt voor de waterzuivering.

Hoge toxiciteit: Aromatische amineverbindingen, zware metalen (zoals koper, chroom en nikkel) en formaldehyde in afvalwater zijn kankerverwekkend, teratogeen en mutageen en veroorzaken onherstelbare schade aan organismen.

Weerbarstig tegenover degradatieDe meeste synthetische kleurstoffen hebben stabiele geconjugeerde dubbele bindingen, met B/C-verhoudingen (biologische afbreekbaarheidsverhoudingen) die vaak lager zijn dan 0.2. Hierdoor zijn ze extreem biologisch afbreekbaar en moeilijk effectief af te breken met behulp van traditionele behandelingstechnologieën.

Als afvalwater van kleurstoffen rechtstreeks en zonder behandeling wordt geloosd, kan het snel het ecologisch evenwicht van waterplanten verstoren, de fotosynthese belemmeren en vissen en andere organismen vergiftigen en doden. Als het in de bodem sijpelt, kan het het grondwater verontreinigen en zich via de voedselketen ophopen, met gevolgen voor de gezondheid van de mens.

Werkingsprincipe van MMO-titaniumanoden

De kern van de MMO-titaniumanodebehandeling van kleurstofafvalwater is elektrokatalytische oxidatietechnologie. Sterk oxiderende deeltjes worden gegenereerd op het elektrodeoppervlak, waardoor de moleculaire structuur van de kleurstof wordt vernietigd en deze volledig wordt afgebroken tot niet-giftige en onschadelijke stoffen. In wezen gebruikt deze technologie elektrische energie om redoxreacties aan te drijven, waardoor verontreinigende stoffen op een onschadelijke manier worden omgezet.

Directe elektrokatalytische oxidatie

Kleurstofmoleculen adsorberen door diffusie aan het oppervlak van de MMO-coating. Aan de anode geven ze direct elektronen af ​​en ondergaan een oxidatiereactie. Stabiele structuren zoals geconjugeerde dubbele bindingen en benzeenringen worden verbroken, waarna ze geleidelijk uiteenvallen in kleine organische moleculen en uiteindelijk worden omgezet in CO₂ en H₂O. Zo wordt de -N=N-binding van azokleurstoffen direct geoxideerd en verbroken aan de anode, waardoor de overeenkomstige amineverbindingen ontstaan, die vervolgens worden geoxideerd tot anorganische verbindingen.

Indirecte elektrokatalytische oxidatie

De hoge katalytische activiteit van de MMO-coating bevordert oxidatiereacties in watermoleculen of elektrolyten, waardoor sterk oxiderende stoffen zoals hydroxylradicalen (・OH) en reactieve zuurstofsoorten ontstaan. Het hydroxylradicaal, met een redoxpotentiaal van wel 2.8 V, kan kleurstofmoleculen willekeurig aanvallen en hun chromoforen en moleculaire ruggengraat snel vernietigen, wat zorgt voor efficiënte ontkleuring en organische afbraak. De reactievergelijking kan worden uitgedrukt als: H₂O → ・OH + H⁺ + e⁻, ・OH + kleurstofmoleculen → CO₂ + H₂O + anorganische zouten. Als het afvalwater elektrolyten zoals chloride-ionen bevat, vindt er aan de anode een chloorontwikkelingsreactie plaats om Cl₂ te produceren, dat verder wordt omgezet in oxidatiemiddelen zoals hypochloorzuur (HClO), waardoor het indirecte oxidatie-effect wordt versterkt. Dit maakt het bijzonder geschikt voor de behandeling van afvalwater van kleurstoffen met een hoog zoutgehalte.

De uitstekende prestaties van de MMO-titaniumanode zijn te danken aan het synergetische effect van het titaniumsubstraat en de composietcoating. De edelmetaaloxiden, zoals IrO₂ en RuO₂, in de coating bezitten uitstekende elektronenoverdrachtseigenschappen, waardoor de activeringsenergie van de oxidatiereactie aanzienlijk wordt verlaagd. Dit maakt een efficiënte afbraak van kleurstofmoleculen bij lagere potentialen mogelijk, met een reactiesnelheid die 3-5 keer hoger is dan die van traditionele grafietelektroden. De polariseerbaarheid van de MMO-coating kan worden geregeld binnen 40 mV, wat aanzienlijk lager is dan de 200 mV van de grafietanode. Het kan de celspanning tijdens het elektrolyseproces effectief verlagen en het energieverbruik per eenheid COD-verwijdering met meer dan 30% verminderen in vergelijking met traditionele elektroden.

MMO Titanium Anode Types

Verschillende typen MMO-titaniumanodes worden geselecteerd op basis van de waterkwaliteitskenmerken van het afvalwater, de zuiveringsschaal en de structuur van de apparatuur. Belangrijke classificatiecriteria zijn onder andere structurele morfologie, coatingsamenstelling en toepassingsscenario's.

Mesh MMO titanium anodes: Gebaseerd op ASTM B265 Gr1 titaniumgaas, gecoat met een RuO₂-IrO₂ composietcoating. De maasdichtheid varieert van 50-200 mesh, met een porositeit van 60%-80%. Het specifieke oppervlak is 3-5 keer hoger dan dat van vlakke elektroden. Geschikt voor de behandeling van afvalwater van textieldruk- en bleekprocessen in kleine en middelgrote elektrolytische cellen. Ze bereiken een kleurverwijdering van meer dan 90% en een COD-verwijdering van meer dan 85% bij een stroomdichtheid van 1000 A/m², met een levensduur van meer dan 5 jaar.

Plaat MMO titanium anodes: Ze zijn gemaakt van 0.5-3 mm dikke titaniumplaten die een zandstraalproces ondergaan en zijn gecoat met een IrO₂-Ta₂O₅-coating. Ze bieden een hoge structurele sterkte en een gelijkmatige stroomverdeling. Ze worden voornamelijk gebruikt voor de behandeling van afvalwater van kleurstoffen met een hoge concentratie (CZV > 2000 mg/l), zoals restvloeistof van de kleurstofproductie. Ze handhaven een stabiele werking bij een hoge stroomdichtheid van 2000 A/m², met een versnelde levensduurtest van meer dan 120 uur.

Buisvormige MMO-titaniumanode: Titaniumbuizen met een diameter van 50-200 mm, gecoat met een speciale composietcoating, zijn geschikt voor continue elektrolysereactoren en verbeteren het contact tussen afvalwater en de elektrode. Ze zijn bijzonder geschikt voor de behandeling van vloeibaar afvalwater in de leerindustrie, met één anode die 5-10 m³/dag kan verwerken.

Flexibele MMO Titanium Anode: Gebaseerd op een substraat van titaniumdraad, gecoat met een IrO₂-Ta₂O₅-coating en omwikkeld met een zuur- en alkalibestendige gevlochten buitenlaag, is het buigzaam en oprolbaar en daardoor geschikt voor complexe zuiveringsapparatuur of ondergrondse infiltratiesystemen. Het is geschikt voor de behandeling van kleurstofafvalwater in opslagtanks, hecht zich stevig aan de tankwand, waardoor mogelijke blinde vlekken worden geëlimineerd en heeft een levensduur van meer dan 50 jaar.

Ruthenium-Iridium-anoden: Met RuO₂-IrO₂ als actieve componenten bieden ze een chloride-ontwikkelingspotentieel van ≤ 1.36 V en zijn ze geschikt voor afvalwater van kleurstoffen met een hoog zoutgehalte dat chloride-ionen bevat. Ze verbeteren de indirecte oxidatie en bereiken een stroomrendement van meer dan 95%. In de behandeling van afvalwater van textieldruk- en verfindustrie bereiken ze, in combinatie met een driedimensionaal elektrodesysteem, een COD-verwijderingspercentage tot 85% en een kleurverwijderingspercentage van meer dan 90%.

Iridium-Tantaal Anodes: Ze bestaan ​​uit een IrO₂-Ta₂O₅-coating, bieden een hoger zuurstofontwikkelingspotentieel en zijn geschikt voor afvalwater van kleurstoffen met een laag chloridegehalte, waardoor interferentie door de chloorontwikkelingsreactie wordt vermeden. Hun katalytische activiteit is stabieler onder zure omstandigheden, waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor de behandeling van afvalwater van antrachinonkleurstoffen.

Speciaal gedoteerde gecoate anodes: Door gebruik te maken van PbO₂-MnO₂-gedoteerde coatings of coatings gemodificeerd met zeldzame aardelementen optimaliseren ze de katalytische prestaties voor moeilijk afbreekbare kleurstofmoleculen. Ze zijn specifiek ontworpen voor de behandeling van zeer giftig en stabiel afvalwater van kleurstoffen, waardoor de ontkleuringspercentages met meer dan 40% toenemen in vergelijking met conventionele coatings.

Speciale maatwerkanoden:Om te voldoen aan de behoeften van speciale scenario's kunnen speciale MMO-titaniumanodes op maat worden gemaakt, zoals microplaatanodes (afmeting 10×20 mm) voor laboratoriumtests, modulaire combinatie-anodes voor grote oxidatietanks en slimme anodes met geïntegreerde potentiaalbewakingsfunctie, die realtime feedback kunnen geven over de reactiestatus en een nauwkeurige regeling kunnen bereiken.