Ako titánová anóda podporuje elektrolýzu pri úprave vody

Na čistenie vodou potrebujete materiály, ktoré dokážu zvládnuť veľké elektrické namáhanie. Keď sa elektróda pokazí, trpí tým celý systém: účty za energiu stúpajú, výstup nie je stabilný a systém sa často vypína. To je dôvod, prečo sa inžinieri a prevádzkovatelia zariadení neustále vracajú k jednému osvedčenému riešeniu: k titánová anódová tyč. Ľahký, odolný proti korózii- a potiahnutý oxidmi vzácnych kovov, poháňa spoľahlivé elektrolytické reakcie v komunálnych, priemyselných a obytných vodných systémoch.

Táto príručka presne rozoberá, ako titánová anóda funguje pri elektrolýze vody, čím je lepšia ako konvenčné materiály elektród a ako vybrať správnu konfiguráciu pre vašu aplikáciu.

Čo robí titánová anóda počas elektrolýzy vody?

Elektrochemická úloha anódy

Médium je kvapalina, ktorá môže prenášať elektrinu. Preteká ním elektrický prúd. Pozitívna elektróda, ktorá je známa ako anóda, je miestom, kde prebiehali oxidačné procesy. Na negatívnej elektróde, ktorá je tiež známa ako katóda, prebiehajú redukčné procesy. Anóda je vystavená najväčšiemu elektrickému namáhaniu, pretože na ňu vždy narážajú reaktívne látky.

Titánová anódová tyč je povrch, na ktorom prebiehajú tieto oxidačné procesy. Základňa je vyrobená z čistého titánu (TA1 alebo TA2), ktorý je odolný-. Je pevný a vďaka tomu nehrdzavie. Na vrchu je položená hodnotná vrstva oxidu kovu, ktorá má hrúbku 2 až 15 mikrónov. Väčšinu času tvorí tento povlak oxid irídium, oxid ruténičitý alebo zmes týchto dvoch látok. Týmto krytom sa zníži nadpotenciál elektródy. To znamená, že proces potrebuje na fungovanie menej energie, čo priamo znižuje spotrebu energie.

Prečo náter definuje výkon

Povlak nevyzerá pekne. Rozhoduje o výbere odozvy, množstve prúdu, ktorý môže prenášať, a ako dlho bude fungovať. Zmiešané oxidové vrstvy ruténia a irídia (Ru{2}}Ir) sú najlepšou voľbou na použitie pri vývoji chlóru, pretože veľmi dobre urýchľujú reakciu vývoja chlóru (ClER) a zachovávajú svoj tvar v slaných podmienkach. Keď sa uvoľňuje kyslík, irídium-tantalové (Ir-Ta) povlaky fungujú najlepšie, najmä v systémoch elektrolýzy čistej vody a PEM.

Rovnako dôležité ako chemická látka povlaku je, ako dobre priľne k titánovej základni. Ak sa povlak odlupuje alebo praskne, odhaľuje holý titán. Tým sa rýchlo vytvorí pasívna oxidová vrstva nazývaná oxid titaničitý, ktorá výrazne zvyšuje odpor a bráni činnosti elektródy. Technológia gradientného kompozitného povlaku rieši tento problém vytvorením medzivrstiev, ktoré zmierňujú napätie a dokážu zvládnuť zmeny teploty a mechanické namáhanie bez toho, aby sa rozpadli.

Ako titánové anódové tyče podporujú vývoj chlóru a kyslíka?

Vývoj chlóru v generácii chlórnanu sodného

Jedným z najbežnejších spôsobov, akotitánová anódová tyčsa používa na úpravu vody je výroba chlórnanu sodného elektrolýzou soľanky. Elektrický prúd preteká roztokom chloridu sodného a chloridové ióny na povrchu anódy sa redukujú na plynný chlór. Keď zmiešate tento plyn s vodou, získate kyselinu chlórnu a chlórnan. Toto sú chemikálie, ktoré zabíjajú baktérie.

Aby k tejto reakcii došlo, elektróda musí byť schopná naďalej fungovať ako katalyzátor v prostredí s vysokou mierou oxidácie- bohatom na chloridy. Pri rozklade grafitu sa uvoľňujú častice uhlíka. Nerezová oceľ stráca schopnosť prenášať elektrinu. Toxické ióny z olova sa dostávajú do vyčistenej vody. Titánová anódová tyč s ruténiovým-irídiovým povlakom zvládne všetky tieto namáhania bez toho, aby sa pokazila. Môže neustále pracovať na súčasných úrovniach od 50 A/m² do viac ako 2 000 A/m², v závislosti od nastavenia systému. Štúdia v časopise Journal of the Electrochemical Society ukazuje, že anódy zmiešaných oxidov kovov (MMO) na titánových povrchoch dokážu udržať mieru tvorby chlóru nad 90 % po dlhú dobu, keď sú prítomné galvanostatické podmienky.

Evolúcia kyslíka a pokročilá oxidácia

Elektrochemické pokročilé oxidačné procesy (EAOP), ktoré sa používajú na čistenie priemyselných odpadových vôd, závisia od reakcie vývoja kyslíka (OER). Keď je potenciál vyšší, na povrchu anódy sa tvoria hydroxylové radikály (·OH) a napádajú organické znečisťujúce látky. Rozkladajú CHSK, zvyšky liekov a-dlhotrvajúce kontaminanty, ktorých sa biologická liečba nedokáže zbaviť.

Povlaky na titánovej anódovej tyči-na báze irídia poskytujú elektrokatalytickú selektivitu potrebnú pre stabilné, vysoko{1}}účinné OER. Titánová základňa sa nerozkladá na odpadovú vodu, čo sa líši od kovových elektród, ktoré sú určené na vyhodenie. To znamená, že tam nie sú žiadne ďalšie nečistoty. Elektródu možno použiť v systémoch, ktoré čistia vodu na pitie, zbierajú vodu z triesok, ktoré je potrebné opláchnuť, a leštia vodu na lieky.

Výkon titánovej anódovej tyče v rôznych podmienkach elektrolytu

Výkon v prostrediach s vysokou-slanosťou a{1}}chloridom

Systémy dezinfekcie mestských bazénov, jednotky proti znečisteniu morskej vody a elektrolyzéry soľanky fungujú v agresívnom chloridovom prostredí. Thetitánová anódová tyčudržiava stabilné napätie článku a konzistentný výstup chlóru v týchto podmienkach, pretože povlak oxidu vzácneho kovu odoláva chloridom-indukovaným jamkám, ktoré ničia bežné elektródy. Štúdie z Tongji University's School of Environmental Science and Engineering demonštrujú, že ruténiové-irídiové anódy si po 5 000 hodinách nepretržitej prevádzky v 3 % roztokoch NaCl pri 50 stupňoch zachovávajú viac ako 85 % svojej počiatočnej katalytickej aktivity.

Výkon pri nízkej-vodivosti a takmer{1}}neutrálnych elektrolytoch

Elektrolyty s nízkou iónovou silou a takmer neutrálnym pH sa často používajú v priemyselných systémoch s pohyblivou vodou a v úpravniach pitnej vody. V tomto prípade musí anóda vytvárať dostatok reaktívnych foriem kyslíka bez toho, aby vytvárala príliš veľa chlorečnanov. Gradientné-štruktúrované irídium-tantalové filmy na titánových povrchoch dobre fungujú pri udržiavaní tejto rovnováhy,

udržiavanie nízkych nadmerných potenciálov a minimálnych vedľajších reakcií. Hlavnou výhodou je, že funguje rovnakým spôsobom v širokom rozsahu pH, od mierne kyslých odpadových vôd z tovární až po mierne zásadité vody z miest.

Prečo titánové substráty vyhovujú kontinuálnej elektrochemickej úprave?

Štrukturálna integrita pri dlhšej prevádzke

Keď sa elektrolytická úprava robí nepretržite, 24 hodín denne, sedem dní v týždni, nie je priestor na mechanické poruchy. Pod povlakom sa nachádza titánový substrát, ktorý pôsobí ako štrukturálna chrbtica. Vďaka tomu sú rozmery elektródy stabilné počas mnohých rokov používania. Pretože čistý titán má vysokú pevnosť v ťahu a nízku hustotu, tyč sa neohýba ani neláme ani v elektrolytických článkoch s vysokým-prietokom.

Pasívny film oxidu titaničitého, ktorý sa prirodzene tvorí na titánových povrchoch, ktoré nie sú pokryté, funguje ako vyrovnávacia vrstva, ktorá zabraňuje rozpusteniu základného kovu, ak sa aktívny povlak na niektorých miestach stenčí. Táto samo{1}}ochranná funkcia sa nenachádza v iných populárnych základných materiáloch elektród a vďaka nej je používanie elektródy bezpečné na oveľa dlhší čas.

Kompatibilita s modernými elektrochemickými systémami

Titánové anódy dobre fungujú s doskovými{0}}a{1}}rámovými elektrolyzérmi, rúrkovými článkami a dizajnom malých modulov, ktoré sa používajú pri elektrolýze vody PEM a generátoroch chlórnanu sodného, ​​ktoré dokážu spracovať až 5 000 g vody za hodinu.

Tyčový tvar umožňuje jeho vloženie do valcových buniek s veľmi malým mŕtvym priestorom, čo zlepšuje distribúciu prúdu a súčasne prenos hmoty. Titán je pri úprave veľmi dobrý elektrický vodič; jeho hodnoty odporu môžu byť až 0,02 Ω. To pomáha systému udržiavať prísnu kontrolu napätia v celom pracovnom rozsahu.

Výber titánovej anódovej tyče na čistenie odpadových vôd a vody

Prispôsobenie chémie náterov aplikácii

Výber správnej povrchovej úpravy nie je hádankou. Výroba chlórnanu sodného, ​​čistenie bazénov a elektrolýza morskej vody, to všetko sú príklady využitia vývoja chlóru, ktoré najlepšie fungujú so zlúčeninami ruténia-irídia, pretože sú selektívnejšie pre ClER a majú nižšie sklony Tafel. Pre procesy, ktoré využívajú kyslík, ako je elektrochemická oxidácia ťažkých organických znečisťujúcich látok alebo PEM elektrolýza na výrobu vodíka, potrebujete zmesi irídium-tantal, ktoré napomáhajú vývoju kyslíka a zároveň zostávajú stabilné v priebehu času.

Platinové povlaky môžu byť použité v širokom rozsahu reakcií a sú obzvlášť užitočné v procesoch, ktoré musia byť veľmi presné, ako je úprava vody z polovodičových procesov a farmaceutických odpadov, kde prísne normy čistoty znamenajú, že akákoľvek kontaminácia povlakom nie je prijateľná.

Hodnotenie životnosti a celkových nákladov na vlastníctvo

A titánová anódová tyčDimenzovaný na 8 až 10 rokov prevádzky v nepretržitých prevádzkových podmienkach dramaticky mení ekonomiku systému na úpravu vody.

Životnosť elektródy amortizuje počiatočnú investíciu počas oveľa dlhšieho prevádzkového cyklu v porovnaní s alternatívami grafitu alebo zmiešaného -kovu- oxidu na menej kvalitných substrátoch. Pri zohľadnení skrátených prestojov, nižšej frekvencie výmeny a stabilnej spotreby energie - systémy používajúce správne špecifikované titánové anódové tyče vykazujú zníženie prevádzkových nákladov o 10 – 25 % počas celého životného cyklu zariadenia. Inštalácie katódovej ochrany v pôde a prostredí s morskou vodou, ktoré používajú anódy na báze titánu{7}}, majú zdokumentovanú životnosť presahujúcu 50 rokov v podmienkach nízkej prúdovej hustoty.

Záver

Titánová anóda je najdôležitejšou súčasťou súčasnej úpravy vody pre elektrochémiu. Najlepšou voľbou pre vývoj chlóru, vývoj kyslíka a pokročilú oxidáciu je tento materiál, pretože nehrdzavie, má rovnakú veľkosť a dlho vydrží. Správne zvolená titánová anóda vždy funguje lepšie a stojí menej ako ktorákoľvek iná voľba. To platí bez ohľadu na to, či systém čistí odpadky z miest, dezinfikuje pitnú vodu, presúva vodu v továrňach alebo zastavuje rast rias v moriach.

Získajte spoľahlivé titánové anódové tyče od NAVI Titanium

NAVI Titanium vyrába presné-potiahnuté elektródy z Baoji -, ktoré je srdcom čínskeho titánového priemyslu - od roku 2008. Ako špecializovanýtitánová anódová tyčdodávateľ, NAVI ponúka ruténiom, irídiom a platinou-potiahnuté anódy, ktoré boli špeciálne navrhnuté na výrobu chlórnanu sodného, ​​elektrolýzu odpadovej vody, dezinfekciu bazénov a pokročilejšie oxidačné systémy. Každá elektróda je podporovaná technológiou gradientného kompozitného poťahovania a procesmi úpravy substrátu, ktoré udržujú spotrebu energie jednotky na úrovni 3,2–3,8 kWh/kg dostupného chlóru a predlžujú životnosť 8–10 rokov, keď všetko funguje tak, ako má.

NAVI Titanium poskytuje bezplatné vzorky pre štandardné špecifikácie, technickú podporu-v-jednom, výrobu vlastnej geometrie a úplnú podporu návrhu procesu. To všetko robia s pomocou profesionálneho inžinierskeho tímu, ktorý má bohaté skúsenosti s elektrochemickými aplikáciami.

Pošlite svoje požiadavky projektu alebo špecifikácie elektród spoločnosti NAVI Titanium na adresusales@navititanium.com. Tím pohotovo reaguje a nezáväzne poskytuje odporúčania na mieru.

Referencie

1. Trasatti, S. (2000). Elektrokatalýza: Pochopenie úspechu DSA®. Electrochimica Acta, 45 (15-16), 2377-2385.

2. Comninellis, C. a Vercesi, GP (1991). Charakterizácia elektród vyvíjajúcich kyslík typu DSA-: Výber povlaku. Journal of Applied Electrochemistry, 21(4), 335–345.

3. Kraft, A. (2008). Elektrochemická dezinfekcia vody: Krátky prehľad. Platinum Metals Review, 52(3), 177–185.

4. Martínez-Huitle, CA a Ferro, S. (2006). Elektrochemická oxidácia organických polutantov pre čistenie odpadových vôd: priame a nepriame procesy. Chemical Society Reviews, 35(12), 1324–1340.

5. Panizza, M., & Cerisola, G. (2009). Priama a sprostredkovaná anodická oxidácia organických znečisťujúcich látok. Chemical Reviews, 109(12), 6541-6569.

6. Liang, W., & Qu, J. (2007). Inaktivácia Microcystis aeruginosa kontinuálnym elektrochemickým cyklickým procesom v skúmavke s použitím Ti/RuO2 elektród. Environmental Science & Technology, 41 (12), 4272–4276.