MMO Titanium Anode Voor Fenol

Als belangrijke chemische grondstof wordt fenolformaldehyde veel gebruikt in belangrijke sectoren zoals de kunststofproductie, de productie van coatings en onderzoek en ontwikkeling van kleefstoffen. Het gebruik van fenolformaldehyde leidt echter onvermijdelijk tot de lozing van zeer giftig afvalwater. Verontreinigende stoffen zoals fenol en formaldehyde in fenolformaldehyde zijn zeer biotoxisch en moeilijk afbreekbaar, wat een ernstige bedreiging vormt voor het milieu en de menselijke gezondheid.

De gemengde metaaloxide titanium elektrode (MMO-titaniumanode), een dimensioneel stabiele anode (DSA) van de volgende generatie, maakt gebruik van een industrieel zuiver titaniumsubstraat en een nauwkeurig gecoate functionele laag van edelmetaaloxide om een ​​zeer efficiënt katalytisch systeem te creëren. Het biedt aanzienlijke voordelen bij de behandeling van moeilijk afbreekbaar organisch afvalwater. De kerneigenschappen, waaronder een hoge elektrokatalytische activiteit, uitstekende corrosiebestendigheid en stabiliteit op lange termijn, sluiten perfect aan bij de behandelingsvereisten van fenolisch formaldehyde-afvalwater, dat wordt gekenmerkt door een hoog zoutgehalte, hoge toxiciteit en moeilijk afbreekbare eigenschappen.

Verontreiniging door fenolische formaldehyde

De harsverwerkende industrie is het belangrijkste toepassingsgebied voor fenolische verbindingen. De productie van thermoplastische en thermohardende fenolharsen omvat een breed scala aan toepassingen, van alledaagse kunststoffen tot industriële materialen. Alleen al de productie van thermoplastische fenolharsen genereert aanzienlijke hoeveelheden fenol- en formaldehydehoudend afvalwater. Fenolische verbindingen dienen als belangrijke reactiesubstraten bij de synthese van kleurstofintermediairen en de bereiding van farmaceutische grondstoffen, en het afvalwater van de productie ervan gaat vaak gepaard met diverse giftige bijproducten. Fenolische formaldehydeverontreiniging, voornamelijk via afvalwater, vertoont de typische kenmerken van een complexe samenstelling, hoge toxiciteit en resistentie tegen afbraak.

Ernstige toxiciteitAfvalwater bevat niet alleen ongereageerde fenol (concentraties kunnen oplopen tot duizenden mg/l) en formaldehyde, maar ook methanol, laagmoleculaire harsen en reactiebijproducten. Fenol kan denaturatie en coagulatie van eiwitten veroorzaken. Formaldehyde kan, als protoplasmatisch toxine, celinactivatie en genmutaties veroorzaken, en beide worden beschouwd als prioritaire verontreinigende stoffen.

Hoge concentratie verontreinigende stoffen: De CODcr-waarden in afvalwater bedragen doorgaans meer dan 10,000 mg/l en kunnen onder extreme omstandigheden oplopen tot tienduizenden mg/l. De sterke remmende werking van fenol en formaldehyde op micro-organismen resulteert doorgaans in een B/C-verhouding van afvalwater onder de 0.2.

Hoog zoutgehalte:Het gebruik van zure katalysatoren zoals zwavelzuur bij de productie van thermoplastische fenolharsen leidt tot een aanzienlijk hoger sulfaatgehalte in het afvalwater, waardoor de microbiële activiteit verder wordt geremd.

Milieugevaren: Als fenolhoudend afvalwater onbehandeld wordt geloosd, kunnen concentraties boven 100 mg/l leiden tot een lagere gewasopbrengst. Concentraties boven 500 mg/l vormen een ernstige bedreiging voor het waterleven en verontreinigende stoffen hopen zich op in de voedselketen, wat uiteindelijk de gezondheid van de mens in gevaar brengt.

Werkingsprincipe van de MMO-titaniumanode

De MMO-titaniumanode breekt fenolische verontreinigingen af ​​door middel van elektrochemische oxidatie. Het kernmechanisme is gebaseerd op het synergetische effect van "directe oxidatie + indirecte oxidatie". De functionele laag van edelmetaaloxiden, zoals iridium en ruthenium, die op het oppervlak van de MMO-titaniumanode is aangebracht, speelt een centrale rol in de katalytische reactie. Door de samenstelling van de coating te reguleren, wordt een evenwicht bereikt tussen elektrokatalytische activiteit en stabiliteit.

(I) Directe oxidatie

Onder invloed van een externe gelijkstroombron diffunderen en adsorberen verontreinigende moleculen aan de actieve plaatsen van de MMO-coating wanneer fenolisch afvalwater in contact komt met het anodeoppervlak, wat resulteert in een directe elektronenoverdrachtsreactie. Sterk geadsorbeerde hydroxylradicalen (・OH) die op het anodeoppervlak ontstaan, tasten de benzeenringstructuur van fenol aan, verbreken de CO- en CC-bindingen en oxideren deze geleidelijk tot tussenproducten zoals benzochinon en carbonzuur, om uiteindelijk te mineraliseren tot CO₂ en H₂O. Dit proces vereist dat het anodepotentiaal hoger is dan het ontledingspotentiaal van de verontreinigende stof. De lage zuurstofontwikkelingsoverpotentiaal van de MMO-coating (1.385 V ten opzichte van kwiksulfaat) onderdrukt effectief de nevenreactie van de zuurstofontwikkeling en verbetert de oxidatie-efficiëntie van de verontreinigende stof.

(II) Indirecte oxidatieve afbraak

Op basis van de waterkwaliteitskenmerken van fenolisch afvalwater kunnen indirecte oxidatiepaden worden onderverdeeld in twee hoofdtypen:
Oxidatiesysteem op basis van chloor: Bij gechloreerd fenolisch afvalwater met een hoog zoutgehalte vindt een chloorontwikkelingsreactie plaats op het anodeoppervlak van de MMO (2Cl⁻ – 2e⁻ = Cl₂↑). Het gegenereerde chloorgas reageert snel met water tot hypochloorzuur (HClO). Als sterk oxidatiemiddel kan hypochloorzuur formaldehyde en fenolische derivaten effectief afbreken, met name fenolische verontreinigingen met een lage concentratie.

Oxidatiesysteem op basis van zuurstof: In een chloorvrije of chloorarme omgeving vindt een zuurstofontwikkelingsreactie plaats aan de anode (4OH⁻ – 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O). De gegenereerde reactieve zuurstofsoorten oxideren de verontreinigende stoffen. Door de samenstelling van de coating te manipuleren (zoals het verhogen van het iridiumgehalte), kan het zuurstofontwikkelingspotentieel aan de anode worden verhoogd, wat de vorming van sterk oxiderende vrije radicalen bevordert en de afbraak van moeilijk afbreekbare fenolische verbindingen verbetert.

MMO Titanium Anode Types

Om tegemoet te komen aan de diverse kenmerken van fenolisch afvalwater, zijn MMO-titaniumanoden verkrijgbaar in diverse gespecialiseerde typen met gedifferentieerde coatingsamenstellingen en structurele ontwerpen. De kernclassificatie is gebaseerd op de compatibiliteit van het coatingsysteem met het toepassingsscenario.

Ruthenium-Iridium-anodenMet RuO₂-IrO₂ als actieve kerncomponenten zijn deze anodes geoptimaliseerde versies van chloorproducerende anodes. Deze anodes kunnen de efficiëntie van de chloorontwikkeling met meer dan 30% verbeteren in chloorhoudende omgevingen, door snel hypochloorzuur te genereren om fenolische verontreinigingen af ​​te breken. Dit maakt ze bijzonder geschikt voor de behandeling van fenolisch afvalwater met een hoog zoutgehalte.

Iridium-Tantaal Anodes: Met IrO₂-Ta₂O₅ als primaire coatingcomponenten zijn deze anodes zeer stabiele zuurstofontwikkelende anodes. De toevoeging van tantaaloxide verbetert de zuurcorrosiebestendigheid en oxidatiebestendigheid van de coating aanzienlijk, wat een stabiele werking in sterk zure media zoals zwavelzuur mogelijk maakt. Ze kunnen moeilijk afbreekbare fenolen direct oxideren en afbreken door een hoog zuurstofpotentieel te genereren. Dit type anode is geschikt voor de behandeling van zuur fenolisch afvalwater afkomstig uit industrieën zoals galvanisering en chemische technologie. Het zuurstofontwikkelpotentieel kan worden geregeld onder 1.40 V en de energie-efficiëntie is uitstekend.

Reticulaire MMO titanium anode:Het beschikt over een driedimensionale maasstructuur, een groot oppervlak en een hoge massaoverdrachtsefficiëntie, waardoor de concentratiepolarisatie effectief wordt verminderd en het geschikt is voor de continue behandeling van fenolisch afvalwater met een gemiddelde en lage concentratie.

Buisvormige MMO titanium anode: Dankzij de holle buisvormige structuur biedt het een hoge vervuilingsbestendigheid en flexibele installatie. Het kan direct in reactoren of diepe putten worden geplaatst om fenolisch afvalwater met een hoge concentratie te behandelen. Door de uitstekende corrosiebestendigheid is het veelgebruikt in de afvalwaterzuivering rond fenolische opslagtanks. Het is bestand tegen corrosie door diverse chemische media en handhaaft een stabiele stroomafgifte.

Plaat MMO titanium anode: Dankzij de vlakke plaatstructuur is het eenvoudig te produceren en te onderhouden, waardoor het geschikt is voor geminiaturiseerde fenolische afvalwaterzuiveringsinstallaties. Meerdere platen kunnen worden gecombineerd om het reactieoppervlak aan te passen aan wisselende zuiveringscapaciteitsvereisten. Het nadeel is echter de relatief lage massaoverdrachtsefficiëntie, waardoor een roerwerk nodig is.

De MMO-titaniumanode benut de belangrijkste voordelen van een hoge katalytische activiteit, sterke stabiliteit en brede aanpasbaarheid. De anode overwint op effectieve wijze de moeilijk afbreekbare en uiterst giftige aard van fenolische verbindingen door de synergetische effecten van directe en indirecte oxidatie. Hierdoor is het een geprefereerd alternatief voor traditionele behandelingstechnologieën.