MMO Titanium Anode voor Zwavel

Sulfiden, een kritische industriële stof, zijn wijdverspreid aanwezig in kernindustrieën zoals mijnbouw, petrochemie en textieldruk en -verven. Onbehandelde sulfide-emissies zijn een belangrijke bron van wereldwijde water- en luchtvervuiling geworden.

Gemengde metaaloxide titanium anodes (MMO Titanium Anodes), een dimensioneel stabiele anode (DSA) van de volgende generatie, maakt gebruik van een commercieel zuiver titaniumsubstraat, gecoat met edelmetaaloxiden zoals ruthenium, iridium en tantaal, om een ​​zeer efficiënt katalytisch systeem te creëren. Dankzij de belangrijkste voordelen van hoge elektrokatalytische activiteit, uitstekende corrosiebestendigheid en stabiliteit op lange termijn, vertonen ze uitzonderlijke prestaties bij de behandeling van sulfidevervuiling.

Sulfidevervuiling

Sulfide en derivaten daarvan worden in meerdere industriële sectoren gebruikt en vormen een gediversifieerd toepassingssysteem, gecentreerd rond de chemische industrie. Sulfidemiddelen zoals natriumsulfide zijn nodig bij de flotatie en hydrometallurgie van non-ferrometaalsulfide-ertsen (zoals koper, zink en lood). Bij de ontleding van erts komen ook grote hoeveelheden sulfide vrij, en het resulterende afvalwater is een belangrijke bron van sulfideverontreiniging. Organische sulfiden (zoals mercaptanen en sulfiden) in ruwe olie moeten tijdens de raffinage door middel van ontzwaveling worden verwijderd. Het resulterende zwavelhoudende afvalwater en de vloeistof voor de behandeling van waterstofsulfide in het afvalgas vormen bronnen van hoge concentraties verontreiniging. Sulfideverontreiniging, voornamelijk via afvalwater en afvalgas, vertoont de typische kenmerken van hoge toxiciteit, snelle omzetting en wijdverbreide schade.

Ernstige toxiciteitSulfide kan onder wisselende pH-omstandigheden transformeren tot zwaveldioxide en waterstofsulfide (H₂S). Waterstofsulfide is een zeer giftig gas. Concentraties in de lucht van meer dan 10 mg/m³ zijn irriterend voor de mens en concentraties boven de 1000 mg/m³ kunnen direct dodelijk zijn. Sulfide in afvalwater kan verstikking en de dood van in het water levende organismen veroorzaken, en zelfs vissen kunnen er al bij concentraties van slechts 0.5 mg/l last van hebben.

CorrosieSulfide wordt door micro-organismen in anaërobe omgevingen gemakkelijk omgezet in waterstofsulfide, dat vervolgens in de atmosfeer terechtkomt en stankoverlast veroorzaakt. Sulfide reageert ook met metalen apparatuur en vormt sulfide-neerslagen, wat leidt tot corrosie en perforatie van leidingen en reactoren.

Brede vervuiling:Lozing van zwavelhoudend afvalwater vermindert snel de hoeveelheid opgeloste zuurstof in het water, waardoor een anaërobe omgeving ontstaat die ervoor zorgt dat het water donker en stinkend wordt, met gevolgen voor aquatische ecosystemen. Organische sulfiden zijn bioaccumulatief: ze accumuleren via de voedselketen en vormen uiteindelijk een gevaar voor de menselijke gezondheid. Bovendien compliceren complexe werkomstandigheden, zoals een hoog zoutgehalte en een sterke zuurgraad, de sulfidebestrijding verder.

Werkingsprincipe van de MMO-titaniumanode

De MMO-titaniumanode zorgt voor een efficiënte afbraak en omzetting van sulfiden door middel van elektrochemische oxidatie. De katalytische actieve delen van de coating verstoren de stabiele chemische structuur van sulfiden en zetten deze om in onschadelijke of weinig giftige stoffen.

(I) Directe oxidatie

Onder invloed van een externe gelijkstroombron diffunderen en adsorberen sulfiden (S²⁻, HS⁻) aan de actieve plaatsen van de MMO-coating wanneer zwavelhoudend afvalwater in contact komt met het anodeoppervlak, wat resulteert in een directe elektronenoverdrachtsreactie. Sterk geadsorbeerde hydroxylradicalen (・OH) die op het anodeoppervlak ontstaan, vallen de SH- en SS-bindingen van de sulfiden aan en oxideren deze eerst tot elementaire zwavel (S⁰), vervolgens tot sulfiet (SO₃²⁻) en uiteindelijk tot onschadelijk sulfaat (SO₄²⁻). De lage overpotentiaal van de MMO-coating onderdrukt effectief de nevenreactie van de zuurstofontwikkeling, waardoor meer elektronen kunnen worden gebruikt voor de sulfide-oxidatie, waardoor het stroomrendement stijgt tot meer dan 90%.

(II) Indirecte oxidatie

Op basis van de waterkwaliteitskenmerken van zwavelhoudend afvalwater kunnen indirecte oxidatiepaden worden onderverdeeld in twee hoofdtypen:
Chloorgebaseerd oxidatiesysteem: Voor afvalwater met een hoog zoutgehalte, chloorhoudend en zwavelhoudend vindt de chloorontwikkelingsreactie (2Cl⁻ – 2e⁻ = Cl₂↑) bij voorkeur plaats op het anodeoppervlak van de MMO. Het gegenereerde chloorgas reageert snel met water tot hypochloorzuur (HClO). Als sterk oxidatiemiddel oxideert hypochloorzuur sulfiden efficiënt, met name organische sulfiden met een lage concentratie, met een reactiesnelheid die meer dan drie keer hoger is dan directe oxidatie.

Oxidatiesysteem op basis van zuurstof: In een chloorvrije of chloorarme omgeving vindt de zuurstofontwikkelingsreactie (4OH⁻ – 4e⁻ = O₂↑ + 2H₂O) plaats aan de anode. De gegenereerde reactieve zuurstofsoorten (zoals O₃ en ・O₂⁻) oxideren vervolgens sulfiden. Door de samenstelling van de coating te manipuleren (bijv. door het iridiumgehalte te verhogen), kan het zuurstofontwikkelingspotentieel aan de anode worden verhoogd, waardoor de vorming van sterk oxiderende vrije radicalen wordt bevorderd en het vermogen om recalcitrante organische sulfiden te vernietigen wordt verbeterd.

MMO Titanium Anode Types

MMO-titaniumanodes zijn verkrijgbaar in verschillende gespecialiseerde typen met verschillende coatingsamenstellingen en structurele ontwerpen, gericht op de uiteenlopende kenmerken van zwavelhoudend afvalwater (zoals concentratie, pH, zoutgehalte en aanwezigheid van zware metalen).

Ruthenium-Iridium-anoden: Met RuO₂-IrO₂ als actieve kerncomponent zijn deze anodes chloorproducerende anodes. Deze anodes kunnen de efficiëntie van de chloorontwikkeling met meer dan 30% verhogen in chloorhoudende omgevingen, waarbij snel hypochloorzuur wordt gegenereerd om sulfiden af ​​te breken. Ze zijn bijzonder geschikt voor de behandeling van zwavelhoudend afvalwater met een hoog zoutgehalte, afkomstig van petrochemische bedrijven en energiecentrales.

Iridium-Tantaal Anodes: Met IrO₂-Ta₂O₅ als primaire coatingcomponenten zijn deze anodes zeer stabiele zuurstofontwikkelende anodes. De toevoeging van tantaaloxide verbetert de zuurcorrosie- en oxidatiebestendigheid van de coating aanzienlijk, waardoor directe oxidatie en afbraak van anorganische sulfiden met een hoge concentratie mogelijk is door de ontwikkeling van een hoog zuurstofpotentiaal. Deze anodes zijn geschikt voor de behandeling van zuur, zwavelhoudend afvalwater afkomstig van minerale verwerking en hydrometallurgie. Het zuurstofontwikkelpotentiaal kan worden geregeld onder 1.40 V.

Mesh MMO titanium anodes: Dankzij een driedimensionale maasstructuur bieden ze een porositeit van 60%-80% en een specifiek oppervlak dat 3-5 keer groter is dan dat van vlakke elektroden. Ze zijn geschikt voor de behandeling van laag- en middelzwaar zwavelhoudend afvalwater.

Buisvormige MMO titanium anodesDankzij hun holle buisvormige structuur bieden ze een hoge vervuilingsbestendigheid en flexibele installatie, waardoor ze direct in reactoren of diepe putten kunnen worden geplaatst om afvalwater met een hoge concentratie zwavel te behandelen. Hun uitstekende corrosiebestendigheid maakt ze breed inzetbaar in noodwaterzuivering rond zwavelhoudende opslagtanks. Ze zijn bestand tegen corrosie door diverse chemische media en leveren een stabiele stroomafgifte.

Plaat MMO titanium anodesDankzij hun vlakke plaatstructuur zijn ze eenvoudig te produceren en te onderhouden, waardoor ze geschikt zijn voor geminiaturiseerde zwavelhoudende afvalwaterzuiveringsinstallaties. Meerdere platen kunnen worden gecombineerd om het reactieoppervlak aan te passen aan wisselende zuiveringscapaciteitseisen. Hun nadeel is echter de relatief lage massaoverdrachtsefficiëntie, waardoor een roerwerk nodig is om de reactie-uniformiteit te verbeteren.

De selectie van MMO-titaniumanodes moet gebaseerd zijn op een analyse van de waterkwaliteit: ruthenium-iridium gaasanodes hebben de voorkeur voor afvalwater met een hoog zoutgehalte, chloorhoudend en zwavelhoudend; iridium-tantaal buis- of plaatanodes moeten worden gebruikt voor sterk zuur, niet-chloorhoudend en zwavelhoudend afvalwater; en titaniumdioxide-gemodificeerde coatinganodes zijn vereist voor hooggeconcentreerd, refractair organisch zwavelhoudend afvalwater. De zuiveringscapaciteit, het energiebudget en de apparatuurruimte moeten ook integraal worden overwogen om een ​​evenwicht te bereiken tussen technische aanpasbaarheid en economische rationaliteit. Zo verlaagde een petrochemisch bedrijf de zuiveringskosten met 40% ten opzichte van traditionele technologieën na de keuze voor ruthenium-iridium gaasanodes voor chloorhoudend en zwavelhoudend afvalwater.