MMO Titaniumanode voor rioolwaterzuivering

Afvalwaterzuivering is een kernpunt geworden voor het waarborgen van ecologische veiligheid en duurzame ontwikkeling. Industrieel afvalwater (zoals dat van druk- en verfindustrie, farmaceutische industrie, chemicaliën en galvanisering) bevat persistente organische stoffen, zware metaalionen en hoge zoutconcentraties. Elektrochemische zuiveringstechnologie, met voordelen zoals hoge efficiëntie, milieuvriendelijkheid en sterke regelbaarheid, is een belangrijke technologie geworden voor het aanpakken van de uitdagingen van complexe afvalwaterzuivering. De prestaties van het elektrodemateriaal bepalen direct de efficiëntie en economische haalbaarheid van deze technologie.

Op titanium gebaseerde metaaloxide-gecoate anodes (MMO titanium anodes, ook bekend als DSA maatvaste anodes) maken gebruik van een zuiver titaniumsubstraat, gecoat met een composietcoating van edelmetaaloxiden zoals ruthenium, iridium en tantaal. Dit zorgt voor een perfecte combinatie van corrosiebestendigheid en katalytische activiteit. Ze worden veel gebruikt in de behandeling van industrieel afvalwater, de desinfectie van drinkwater en de ontzilting van afvalwater met een hoog zoutgehalte, en stimuleren zo de transitie naar een groenere en efficiëntere afvalwaterbehandeling.

Werkingsprincipe van MMO-titaniumanoden

MMO-titaniumanodes benutten de dubbele werking van stroomgeleiding en katalytische reacties om oxidatieve afbraak, flocculatie en elektrochemische afzetting van verontreinigende stoffen in afvalwater te stimuleren, wat zorgt voor een efficiënte verwijdering van verontreinigende stoffen. Elektrokatalytische oxidatie is het kernmechanisme van MMO-titaniumanodes bij de behandeling van moeilijk afbreekbaar organisch materiaal.

Directe oxidatie

Verontreinigende moleculen worden direct geadsorbeerd aan de actieve plaatsen van de MMO-coating en geoxideerd en afgebroken door elektronenoverdracht. Edelmetaaloxiden (zoals IrO₂ en RuO₂) in de coating verlagen de activeringsenergie van de reactie, waardoor de moleculaire ketens van moeilijk afbreekbaar organisch materiaal zoals benzeen en fenolen worden afgebroken en uiteindelijk worden omgezet in CO₂ en H₂O.

Indirecte oxidatie

De elektrode katalyseert de vorming van sterke oxidanten zoals hydroxylradicalen (・OH) en hypochloorzuur (HClO) uit watermoleculen of chloride-ionen. Deze actieve verbindingen hebben een oxidatiepotentieel tot wel 2.8 V en kunnen verontreinigingen willekeurig aanvallen. Bij de behandeling van chloorhoudend afvalwater kunnen rutheniumhoudende coatings chloride-ionen efficiënt omzetten in hypochloorzuur, wat zowel afbrekende als desinfecterende eigenschappen heeft. In een chloorvrij systeem genereert de iridiumcoating bij voorkeur hydroxylradicalen, specifiek gericht op recalcitrante organische stoffen.

Elektroflocculatie

Wanneer een MMO-titaniumanode wordt gebruikt met een oplosbare kathode zoals ijzer of aluminium, kan deze verontreinigende stoffen scheiden door middel van elektrolyse om een ​​flocculant te genereren. De stroom die door de anode wordt geleid, lost de kathode op en genereert metaalionen zoals Fe⁺ en Al⁺. Deze ionen hydrolyseren in water tot vlokken zoals ijzerhydroxide en aluminiumhydroxide, die effectief zwevende deeltjes, colloïdale deeltjes en sommige zware metaalionen in afvalwater adsorberen, wat resulteert in neerslag en verwijdering. Dit mechanisme elimineert de noodzaak voor extra chemische flocculanten en vermindert de slibproductie met meer dan 40% in vergelijking met traditionele flocculatiemethoden.

Elektrochemische afzetting

Voor afvalwater met zware metalen en afvalwater met een hoog zoutgehalte bereikt de MMO-titaniumanode zuivering via twee gepatenteerde mechanismen. Bij de behandeling van afvalwater met zware metalen zorgt het elektrische veld van de anode ervoor dat zware metaalionen zoals Cu²⁺, Ni²⁺ en Cr⁶⁺ worden gereduceerd en afgezet aan de kathode, waardoor een recovery van meer dan 95% wordt bereikt. Bij de behandeling van afvalwater met een hoog zoutgehalte zorgt het elektrische veld van de anode en kathode ervoor dat anionen zoals chloride en sulfaat naar de anode migreren, terwijl kationen zoals natrium en calcium naar de kathode migreren, wat synergetische ontzilting en afbraak van organisch materiaal oplevert.

Soorten MMO-titaniumanoden

De prestatieverschillen tussen MMO-titaniumanodes worden voornamelijk bepaald door de samenstelling van de coating en de productvorm. Verschillende soorten elektroden zijn geschikt voor verschillende waterkwaliteitskenmerken en -vereisten. Gezien de diversiteit aan scenario's voor afvalwaterzuivering gebruikt de industrie voornamelijk de volgende classificatiemethode om MMO-titaniumanodes te categoriseren:

(I) Classificatie op basis van coating

De samenstelling van de coating bepaalt direct de katalytische eigenschappen van de elektrode en het toepasbare medium, en vormt de basis voor de classificatie van MMO-titaniumanodes. MMO-titaniumanodes worden primair onderverdeeld in drie categorieën:

Ruthenium MMO Titanium Anodes (Chloor evolutie type)

MMO-titaniumanoden op basis van ruthenium (Chloorevolutietype) gebruiken RuO₂ als belangrijkste actieve ingrediënt, meestal gecombineerd met IrO₂, TiO₂ of SnO₂ om een ​​composietcoatingsysteem te vormen. Deze elektroden zijn de voorkeurselektrode voor de behandeling van afvalwater met een hoog chloridegehalte. Hun belangrijkste voordeel ligt in hun lage chloorevolutiepotentieel (≤ 1.36 V ten opzichte van SHE), waardoor ze chloride-ionen efficiënt kunnen katalyseren tot oxiderende deeltjes zoals hypochloorzuur. Ze bezitten ook een uitstekende elektrische geleidbaarheid en zijn bestand tegen chloorcorrosie. Deze elektroden zijn geschikt voor toepassingen met hoge chloride-ionconcentraties (meestal > 1000 mg/l), zoals galvanisering van afvalwater en ontziltingszoutoplossing. Het bedrijfsstroombereik is < 7500 A/m² en de prestaties zijn stabiel binnen het temperatuurbereik van 25-80 °C. Het totale ruthenium- en iridiumgehalte in de coating wordt doorgaans geregeld tussen 8-35 g/m². Het oppervlak is zwart en door middel van een oxidatieproces met hoge temperatuur ontstaat een uniforme coating die stevig aan het substraat vastzit.

Iridium MMO Titanium Anode (Zuurstof evolutie type)

Met IrO₂ als primair actief ingrediënt en gedoteerd met oxiden zoals Ta₂O₅ en TiO₂ om de stabiliteit te verbeteren, is deze elektrode een kernelektrode voor afvalwaterzuivering met een zuurstofontwikkelingsdominantie. Uitstekende eigenschappen zijn onder andere een gematigde zuurstofoverpotentiaal, efficiënte katalyse van watermoleculen om sterke oxidanten zoals hydroxylradicalen (・OH) te genereren, en uitstekende corrosiebestendigheid in zure en sulfaatsystemen. Dit type elektrode is geschikt voor de behandeling van moeilijk afbreekbaar organisch materiaal, zoals afvalwater uit de druk- en verfindustrie en farmaceutisch afvalwater, evenals industrieel afvalwater met een hoog sulfaatgehalte. Het coatingverlies kan slechts 1-6 mg/A·a bedragen.

Samengesteld gecoate MMO titanium anode

Gespecialiseerde coatingsystemen, afgestemd op complexe afvalwaterkenmerken, bestaan ​​doorgaans uit een titaniumoxide-composietcoating en een platinametaal-gemodificeerde coating. De titaniumoxidecoating biedt uitstekende zuur- en alkalibestendigheid, waardoor deze geschikt is voor de behandeling van afvalwater met een hoog sulfaatgehalte. De platinametaal-gemodificeerde coating vertoont een uitzonderlijk hoge katalytische activiteit, waardoor deze geschikt is voor zeer nauwkeurige afbraak van verontreinigingen. Dit type elektrode biedt uitstekende aanpasbaarheid, waardoor de coatingverhouding kan worden aangepast op basis van de samenstelling van het afvalwater (bijv. fluor, fosfor en zware metalen). Het presteert uitzonderlijk goed bij de behandeling van speciaal afvalwater, zoals elektronisch afvalwater en fijn chemisch afvalwater.

(II) Classificatie op basis van productvorm

Afhankelijk van de structuur en de massaoverdrachtsvereisten van de afvalwaterzuiveringsinstallatie kunnen MMO-titaniumanodes in verschillende vormen worden verwerkt om een ​​gelijkmatige stroomverdeling en een efficiënte reactie te bereiken.

Mesh MMO Titanium Anode

Gemaakt van een roosterachtige structuur, kruisgelast met geleidende titanium strips, kan de maaswijdte worden aangepast (bijv. 12.7 × 4.5 mm of 6 × 3 mm). Het biedt de voordelen van een groot oppervlak en een hoge massaoverdrachtsefficiëntie. Geschikt voor gebruik in open elektrolytische cellen, grote oxidatietanks en andere toepassingen die een grote stroomverdeling vereisen, kunnen mesh-elektroden het "bubbelafschermingseffect" effectief verminderen en de reactie-uniformiteit verbeteren. Bij de behandeling van afvalwater van kleurstoffen kunnen mesh-elektroden de kleurstofafbraak-efficiëntie met meer dan 30% verbeteren ten opzichte van plaatelektroden.

Buisvormige/staaf MMO titanium anodes

Dankzij de holle of massieve cilindrische structuur kan de lengte worden aangepast aan de behandelingsvereisten. De buisvormige structuur creëert turbulente stroming, wat zorgt voor een vollediger contact tussen de elektrolyt en het elektrodeoppervlak, waardoor de reactie-efficiëntie met 40% wordt verbeterd ten opzichte van plaatelektroden. Ze zijn geschikt voor diepe putzuiveringssystemen, corrosiebescherming van pijpleidingen, afvalwaterzuivering en cyclische elektrolytische ontziltingsprocessen voor afvalwater met een hoog zoutgehalte. Een elektrolysesysteem met titanium buisanodes in een industriepark heeft na vijf jaar continu gebruik stabiele prestaties behouden, met een coatingverlies van minder dan 0.2 μm per jaar.

Strip/flexibele MMO titanium anodes

Standaard stripanodes zijn 6.35 mm breed en 0.635 mm dik en verkrijgbaar in rollen tot 76.2 meter of 152.4 meter. Flexibele anodes maken gebruik van een geleidend polymeer in combinatie met een MMO-coating, waardoor ze zich aanpassen aan complexe vormen van behandelingsapparatuur. Ze worden voornamelijk gebruikt voor corrosiebescherming van de tankbodem en afvalwaterzuivering in onregelmatig gevormde reactievaten. Door ze in concentrische ringen te leggen, wordt een uniforme stroomverdeling binnen ±0.1 V potentiaalfluctuatie gegarandeerd, met een potentiaaluniformiteit van 98%.