MMO Titanium Anode voor Nitrobenzeen

Als onmisbare organische chemische grondstof in de moderne industrie speelt nitrobenzeen een sleutelrol bij de synthese van kleurstoffen, de farmaceutische industrie, de productie van pesticiden en de bereiding van explosieven. Het afvalwater dat bij de productie en het gebruik ervan ontstaat, is echter zeer giftig en bevat een hoog chemisch zuurstofverbruik (CZV). Conventionele zuiveringstechnologieën hebben moeite om het effectief af te breken, wat een ernstige bedreiging vormt voor het milieu en de volksgezondheid.

Elektrochemische oxidatietechnologie is, dankzij haar hoge efficiëntie, regelbaarheid en milieuvriendelijkheid, uitgegroeid tot een onderzoekshotspot en een technologische doorbraak voor de behandeling van nitrobenzeenafvalwater. Op titanium gebaseerde metaaloxide-gecoate elektroden (MMO titanium anoden), met hun uitstekende katalytische activiteit, chemische stabiliteit en lange levensduur, zijn uitgegroeid tot een kerntechnologie voor de afbraak van nitrobenzeenafvalwater.

Nitrobenzeenvervuiling

Als belangrijk tussenproduct in diverse synthetische kleurstoffen, waaronder azokleurstoffen en antrachinonkleurstoffen, is nitrobenzeen een essentiële grondstof in de textieldruk- en verfindustrie. Het wordt ook gebruikt bij de synthese van koortsverlagende en pijnstillende middelen zoals paracetamol, evenals sulfonamide-antibiotica, en is zeer gewild in de farmaceutische en chemische industrie. Het is tevens een belangrijke grondstof voor de bereiding van landbouwchemicaliën zoals organofosforpesticiden en herbiciden. Het wordt ook veel gebruikt bij de productie van explosieven, de vulkanisatie van rubber en de raffinage van aardolie.

Nitrobenzeenverontreiniging is voornamelijk afkomstig van reactiemoederlogen, spoelwater van apparatuur en afvalwater tijdens de productie. De concentratie ervan schommelt sterk, van enkele honderden mg/l tot tienduizenden mg/l. Zo lieten testgegevens van nitrobenzeenafvalwater van een chemisch bedrijf CZV-concentraties zien van maar liefst 5700 mg/l, nitrobenzeenachtige stoffen van 571 mg/l, een kleurkwaliteit van maar liefst 2500 keer en een zoutgehalte van meer dan 39,000 mg/l, wat het een typisch risicovol industrieel afvalwater maakt.

Ecologische schade: Als persistente organische verontreinigende stof is nitrobenzeen moeilijk op natuurlijke wijze af te breken zodra het in water terechtkomt. Dit kan leiden tot een daling van het zuurstofgehalte, verstoring van het aquatisch ecosysteem en een afname van de waterpopulaties en de soortendiversiteit.

GezondheidsbedreigingenNitrobenzeen heeft duidelijke "tritoxische" effecten (kankerverwekkend, teratogeen en mutageen). Het kan het menselijk lichaam binnendringen via huidcontact, inademing of ophoping in de voedselketen, waardoor het zenuwstelsel, de lever, de nieren en andere organen beschadigd raken en bloedarmoede en chronische vergiftiging kunnen ontstaan.

Corrosiebedreigingen: Afvalwater met een hoge concentratie nitrobenzeen is corrosief voor industriële apparatuur. De toxiciteit ervan kan ook de microbiële activiteit van daaropvolgende zuiveringssystemen verstoren, wat de productieveiligheid en de zuiveringsefficiëntie beïnvloedt.

Werkingsprincipe van de MMO-titaniumanode

De MMO-titaniumanode breekt nitrobenzeen af ​​door middel van elektrochemische oxidatie. Het kernmechanisme is de vorming van sterk oxiderende deeltjes op het elektrodeoppervlak. Door een synergetisch effect van directe en indirecte oxidatie vernietigen deze deeltjes de benzeenringstructuur, waardoor de verontreinigende stof uiteindelijk wordt omgezet in een onschadelijke stof.

(I) Elektrokatalyse

De MMO-titaniumanode is gebaseerd op industrieel zuiver titanium (TA1/TA2). Het oppervlak is bedekt met een edelmetaaloxidecoating (zoals RuO₂ en IrO₂), die een uitstekende elektrokatalytische activiteit vertoont. Onder invloed van een elektrisch gelijkstroomveld katalyseert de coating de oxidatie van watermoleculen, waarbij een groot aantal hydroxylradicalen (・OH) ontstaat. Deze actieve deeltjes hebben een oxidatiepotentiaal tot wel 2.8 V en kunnen de stabiele structuur van nitrobenzeenmoleculen willekeurig aanvallen. Tegelijkertijd vindt er een directe elektronenoverdrachtsreactie plaats op het anodeoppervlak, waarbij de op het elektrodeoppervlak geadsorbeerde nitrobenzeenmoleculen direct worden geoxideerd en afgebroken.

(II) Afbraak van nitrobenzeen

De elektrochemische afbraak van nitrobenzeen verloopt volgens een stapsgewijs proces van reductie gevolgd door oxidatie: aan de kathode wordt nitrobenzeen eerst gereduceerd tot het minder giftige aniline. Dit proces vermindert de biotoxiciteit van het afvalwater en verbetert de biologische afbreekbaarheid. Vervolgens wordt aniline, onder invloed van sterk oxiderende deeltjes die aan de anode ontstaan, verder geoxideerd tot tussenproducten zoals benzochinon en carbonzuur, om uiteindelijk af te breken tot kleine anorganische moleculen zoals koolstofdioxide, water en nitraat. Dit stapsgewijze afbraakmechanisme garandeert een grondige zuivering en voorkomt de ophoping van zeer giftige tussenproducten.

MMO Titanium Anode Types

Op basis van de samenstelling van de coating en de structurele kenmerken worden MMO-titaniumanodes die geschikt zijn voor de behandeling van nitrobenzeenafvalwater voornamelijk ingedeeld in de volgende drie categorieën.

(I) Iridium MMO Titanium Anodes

Deze elektroden, doorgaans met een IrO₂-Ta₂O₅-coatingsysteem, zijn zeer efficiënte elektroden voor zuurstofontwikkeling met sterke antioxiderende eigenschappen en chemische stabiliteit. Hun belangrijkste voordeel ligt in hun stabiele werking in complexe media, waaronder zure en alkalische media. Hun coatingverlies is minder dan 0.2 μm/jaar en hun continue levensduur kan meer dan vijf jaar bedragen. Bij de behandeling van nitrobenzeenafvalwater genereert dit type elektrode efficiënt hydroxylradicalen. Een casestudy bij een fijnchemisch bedrijf toonde aan dat dit type elektrode de concentratie nitrobenzeen in afvalwater kan verlagen van 120 mg/l tot minder dan 0.5 mg/l, waarmee volledig wordt voldaan aan de nationale emissienormen van klasse I. Dit type elektrode is bijzonder geschikt voor de behandeling van industrieel afvalwater met nitrobenzeen in hoge concentraties en een hoog zoutgehalte.

(2) Ruthenium MMO-titaniumanode

Met RuO₂ als primair actief bestanddeel combineert het chloorontwikkeling en oxidatiefuncties, en presteert het uitzonderlijk goed in chloridehoudend nitrobenzeenafvalwater. Het werkingsprincipe is het katalyseren van de vorming van oxiderende stoffen zoals hypochloorzuur, waardoor indirecte oxidatieve afbraak van nitrobenzeen wordt bereikt. Het vertoont ook een uitstekende geleidbaarheid en stroomefficiëntie. Dit type elektrode is relatief goedkoop en geschikt voor kleine en middelgrote chemische bedrijven met een matige zoutconcentratie en een lage zuiveringskostengevoeligheid. Het wordt veel gebruikt bij de zuivering van afvalwater van farmaceutische tussenproducten.

(3) Met looddioxide gecoate titaniumanode

Looddioxide-gecoate anodes op titaniumbasis bieden unieke voordelen bij de afbraak van nitrobenzeen. De coating vertoont een extreem hoge zuurstofontwikkelingsoverpotentiaal en een sterk oxiderend vermogen, een hoge hardheid en is bestand tegen zuur- en alkalicorrosie. Het stroomrendement kan oplopen tot meer dan 90% en de levensduur bedraagt ​​meer dan twee jaar. Dankzij de sterk oxiderende eigenschappen van de looddioxidecoating kan deze elektrode de benzeenringstructuur van nitrobenzeen direct afbreken, waardoor hij bijzonder geschikt is voor de behandeling van complex afvalwater dat diverse nitrobenzeenderivaten bevat. De elektrode heeft een aanzienlijke effectiviteit bewezen bij de behandeling van afvalwater uit de productie van kleurstoftussenproducten.

Wstitanium gebruikt industrieel zuiver titanium dat voldoet aan de ASTM B265 Gr1-normen en controleert strikt het gehalte aan onzuiverheden zoals koolstof, stikstof en ijzer om een ​​uitstekende geleidbaarheid en corrosiebestendigheid van het basismateriaal te garanderen. We bieden een volledig assortiment oplossingen op maat, afgestemd op de specifieke kenmerken van nitrobenzeenafvalwater in verschillende scenario's. Voor hooggeconcentreerd nitrobenzeenafvalwater hebben we een IrO₂-Ta₂O₅-gecoate elektrode met een hoog iridiumgehalte ontwikkeld. Deze verhoogt de opbrengst aan hydroxylradicalen met 25% en verbetert de zuiveringsefficiëntie met 40% in vergelijking met standaard elektroden. Voor afvalwater met een hoog zoutgehalte optimaliseren we het ontwerp van de elektrodestructuur en integreren we deze met een ionenwisselaarmembraanelektrolysesysteem om gelijktijdige afbraak van organisch materiaal en terugwinning van zoutbronnen te bereiken, waardoor de kosten per ton afvalwaterzuivering met 60% worden verlaagd. Wij bieden een verscheidenheid aan structurele producten, waaronder gaas, buis en plaat, die nauwkeurig kunnen worden afgestemd op de grootte van de elektrolytische cel en de stromingsveldeigenschappen om uniformiteit van de reactie en efficiëntie van de massaoverdracht te garanderen.