Chloro evoliucija yra vienas iš daugiausiai energijos ir cheminių medžiagų reikalaujančių elektrocheminių procesų komercinėje praktikoje. Nesvarbu, ar naudojate komunalinį vandens valymo įrenginį, baseino dezinfekavimo įrenginį ar didelio masto natrio hipochlorito generatorių, jūsų anodo veikimas tiesiogiai paveiks jūsų išvesties kokybę, eksploatavimo išlaidas ir sistemos tarnavimo laiką.
Viso to centre stovititano anodo strypas- tikslus-sukurtas elektrodas, tyliai pakeitęs tai, kaip pramonė gamina chlorą dideliu mastu. Šiame straipsnyje aprašomi mokslai, paviršiaus chemija ir realūs -pasaulio pranašumai, dėl kurių šis komponentas yra nepakeičiamas.
Kaip titano anodo strypas skatina stabilų chloro evoliucijos našumą?
Titano substrato struktūrinis pranašumas
Pagrindinis visų didelio našumo{0}}anodinių strypų, skirtų chlorui gaminti, pagrindas yra grynas 1 klasės (TA1 / TA2) pramoninis-titanas. Titanas iš prigimties yra pasyvinamas oksido sluoksniu, kuris užtikrina puikų atsparumą koroziniams elektrolitams, tokiems kaip didelio druskingumo sūrymas ir rūgštiniai chlorido tirpalai. Skirtingai nuo grafito ar nerūdijančio plieno, titanas netirpsta, neiškraipo ir neišskiria dalelių ilgos elektrolizės metu. Šis konstrukcijos stabilumas leidžia veikti 24 valandas be našumo pokyčių. Elektrocheminiai tyrimai rodo, kad titano substratų matmenys yra stabilūs esant srovės tankiui nuo 500 iki 3000 A/m^2, o tai yra sąlygos, kurios greitai pažeidžia standartines elektrodų medžiagas.
Dangos konsistencija ir{0}}ilgalaikis išvesties stabilumas
Tikrojo chloro susidarymo kinetika kontroliuojama tauriųjų metalų oksido danga, kuri dedama ant titano paviršiaus, paprastai rutenio -iridžio (Ru-Ir) arba iridžio-tantalo mišinio. Elektrocheminis potencialas yra pastovus per ilgus eksploatavimo ciklus, kai dangos sluoksnis yra tinkamai suklijuotas,
vienalytis ir 2–15 mikronų storio. Pastovus išeiga reiškia stabilią chloro gamybą, kuri yra labai svarbi sistemose, kuriose dozavimo tikslumas turi įtakos vandens saugos reikalavimams.
Gerbiamų gamintojų titano anodo strypų sistemos demonstruoja elementų įtampos stabilumą ± 0,05 V ribose per tūkstančius darbo valandų. Tai specifikacija, kuriai negali prilygti vien pasyvios medžiagos.
Titano anodo strypo paviršiaus reakcijos mechanizmas chloro gamybos sistemose
Chlorido jonų oksidacija elektrodo sąsajoje
For chloride-containing electrolyte, chloride ions (Cl−) are transported to the surface of the anode and oxidized as the current passes through the electrolyte. Reaction: 2Cl- ->Cl2 + 2e- Šis mechanizmas, žinomas kaip chloro evoliucijos reakcija (CER), tiesiogiai konkuruoja su deguonies išsiskyrimo reakcija (OER). Atrankumas CER, o ne OER atžvilgiu lemia, kaip sistema gali paversti elektros energiją naudingu chloru arba hipochloritu. CER yra gerai žinoma kaip pagrindinė mišrios metalo oksido (MMO) dangos, kurioje yra rutenio dioksido (RuO2), aktyvi vieta. Dėl elektrinės d-juostos struktūros sumažėja chloro tarpinių junginių adsorbcijos energija, todėl reakcijos kinetika vyksta greičiau ir nereikia didelio potencialo.
Kaip dangos sudėtis keičia reakcijos selektyvumą
Iridžio oksido (IrO2) pridėjimas į RuO2 matricą stabilizuoja dangą oksiduojančiomis aplinkybėmis ir apsaugo nuo nepageidaujamo rutenio ištirpimo esant dideliam anodiniam potencialui.
Ši dvejetainio oksido sinergija sukuria paviršių, kurio CER selektyvumas yra didesnis nei 90 % esant dideliam-chlorido kiekiui, kaip parodyta Tongji universiteto eksperimentuose ir paskelbta Elektrochemijos draugijos žurnale.
Thetitano anodo strypasTinkamai padengtas paviršius išlaiko šį selektyvumą net ir po ilgo chlorido koncentracijos, viršijančios 20 g/l -, būdingomis jūros vandens elektrolizei ir pramoniniam chlorinimui sūrymu.
Kodėl titano anodo strypų dangos veikla lemia chloro išsiskyrimo efektyvumą?
Aktyvus paviršiaus plotas ir reakcijos kinetika
Dangos cheminė sudėtis nėra vienintelis svarbus veiksnys; jo mikrostruktūra yra tokia pat svarbi. Rutenio koncentracija sistemingai keičiasi nuo titano sąsajos iki išorinio paviršiaus, todėl susidaro gradientinė kompozicinė danga, kuri optimizuoja ECSA. Kuo didesnis ECSA, tuo daugiau reaktyvių vietų ploto vienete ir tuo mažiau energijos reikia tam tikram chloro susidarymo greičiui palaikyti. NAVI Titanium kelių sluoksnių gradiento įtempių mažinimo dangos technika išsprendžia keturias lėtines pramonės problemas, įskaitant mikroįtrūkimus, tarpsluoksnių atsisluoksniavimą, substrato pasyvavimą ir chlorido jonų įsiskverbimą. Danga paskirsto šiluminio plėtimosi įtampą daugeliu sluoksnių ir išlieka lipni bei kataliziškai aktyvi dar ilgai po to, kai nustoja veikti vieno sluoksnio dangos.
Energijos suvartojimas kaip tiesioginis dangos kokybės rodiklis
kWh vienam prieinamo chloro kilogramui yra bene realiausias matas vertinant dangų kokybę. Didelio aktyvumo gradientinės dangos įrenginiai dažnai dirba nuo 3,2 iki 3,8 kWh/kg turimo chloro,
palyginti su 4,5–6,0 kWh/kg tipiniams vieno sluoksnio elektrodams. Tai nėra nereikšminga nauda, šis energijos suvartojimo sumažėjimas siekia 20–40%, o pramoniniu mastu tai reiškia didžiulį metinių veiklos išlaidų sutaupymą.
Titano anodo strypų dizaino optimizavimas{0}} didelio našumo elektrocheminėms reakcijoms
Pagrindo paruošimas kaip našumo daugiklis
Prieš dengiant bet kokią dangą, titano pagrindui atliekama sudėtinga išankstinio apdorojimo seka, kurią sudaro cheminis ėsdinimas, smėliavimas ir terminė oksidacija, kuri tiesiogiai veikia dangos sukibimą ir tarnavimo laiką. Priešlaikinis atsisluoksniavimas įvyksta, jei pirminis apdorojimas yra prastas, net jei dangos sudėtis yra puikios kokybės. Dėl ėsdinimo procedūros gaunamas mikro-šiurkštus paviršius, kuris pagerina mechaninį titano oksido sluoksnio ir pirmojo dangos sluoksnio susijungimą. Tokios išankstinio apdorojimo strategijos yra kai kurios iš aktyviausiai ištirtų elektrodų inžinerijos ribų. Siano Jiaotongo universiteto ir Harbino technologijos instituto tyrimų rezultatai parodė kiekybiškai pagerėjusį sąsajos sukibimo stiprumą, priėmus plazminio ėsdinimo protokolus.
Geometrija, srovės paskirstymas ir sistemos integravimas
Strypų geometrija nėra atsitiktinumas. Cilindriniai anodo strypai paskirsto srovę radialiai, o tai ypač naudinga vamzdiniuose elektrolitiniuose elementuose,
kur 360 laipsnių elektrodo{1}}kontaktas su elektrolitu padidina reakcijos paviršiaus naudojimą. Plokštės, tinklelio ir vamzdžio variantai naudojami, kad atitiktų įvairias reaktorių topologijas, tačiau lazdelės formatas vis dar paplitęs mažuose natrio hipochlorito generatoriuose ir katodinės apsaugos sistemose dėl gero paviršiaus-ploto-su -tūrio santykio ir pakeitimo paprastumo.
Titano anodo strypasmatmenys - skersmuo, ilgis ir galinės jungties tipas - paprastai pritaikomi taip, kad atitiktų elementų konstrukcijos specifikacijas – lankstumo, kurio negali pasiūlyti grafito ar švino elektrodai.
Titano anodo strypų taikymas natrio hipochlorite ir vandens valymo elektrolizėje
Natrio hipochlorito generatoriai: nuo komunalinių skalių iki vietinių{0}}sistemų
Natrio hipochlorito generatoriai yra visiškai pagrįsti chloro išsiskyrimo procesu, siekiant sukurti dezinfekavimo priemonę in situ iš sūrymo arba silpnų druskos tirpalų. Dėl titano anodo strypo tai pasiekiama tiek esant nedideliam gamybos pajėgumui (50 g/h), tiek esant dideliam gamybos pajėgumui (5000 g/h). Savivaldybių geriamojo vandens tiekimo įmonės, baseinų operatoriai ir pramoninių aušinimo bokštų vadovai pasinaudojo šia technika, kad sumažintų birių skysto chloro saugojimo riziką, išlaikant vienodą dezinfekcijos efektyvumo lygį. MMO titano anodai šiuo metu naudojami daugiau nei 70 % chloro -šarmus ir hipochloritą gaminančios pramonės ir turi tvirtą patirtį šioje srityje dešimtmečius.
Nuotekų valymas, jūros vandens apsauga nuo užteršimo ir ne tik
Be hipochlorito susidarymo, titano anodo strypai yra aktyvus elektrodas elektrolitinės oksidacijos procesuose, skirtuose COD mažinimui, amoniako azoto pašalinimui ir patogenų inaktyvavimui komunalinių ir pramoninių nuotekų srautuose.
Jūros vandens apsaugos nuo užteršimo sistemose, įrengtose atviroje jūroje esančiose platformose ir laivų korpusuose, šie anodai nuolat generuoja žemo{0}}koncentracijos hipochloritą, kad būtų išvengta biologinio užteršimo be cheminių medžiagų dozavimo logistikos.
Katodinės apsaugos sistemos -, kai anodo strypas įkasamas į dirvą arba panardinamas į jūros vandenį, siekiant apsaugoti metalinę infrastruktūrą, - turi išskirtinį elektrodo atsparumą korozijai, o dokumentais patvirtintas eksploatavimo laikas viršija 50 metų, kai naudojamos mažos-srovės srovės.
Išvada
Titano anodo strypas yra laidus komponentas, taip pat elektrocheminė platforma. Pagrindo kokybė, dangos sudėtis, mikrostruktūrinė architektūra ir geometrinis dizainas kartu turi įtakos chloro išsiskyrimo sistemos efektyvumui, ekonomiškumui ir ilgaamžiškumui. Kiekvienas techninis pasirinkimas, įmontuotas į kokybišką anodo strypą, turi reikšmingų pasekmių sistemos veikimui – nuo rutenio-iridžio aktyviųjų vietų, kurios lemia CER selektyvumą, iki gradientinės dangos sluoksnių, neleidžiančių sluoksniuoti atšiauriomis darbo sąlygomis. Operatoriams, siekiantiems sumažinti energijos sąnaudas, pailginti priežiūros intervalus ir užtikrinti nuoseklų dezinfekcijos našumą, pasirenka tinkamątitano anodo strypasiš techniškai pajėgaus gamintojo yra didžiausias galimas{0}}sverto sprendimas.
DUK
1. Kuo titano anodo strypas chloro evoliucijos sistemose efektyvesnis nei grafito anodas?
+
-
Grafito anodai elektrolizės metu palaipsniui ardo, užteršdami elektrolitą ir laikui bėgant prarasdami matmenų vientisumą. Titano pagrindai su MMO dangomis išlaiko struktūrinį stabilumą, pasižymi daug mažesne elektrine varža (Mažiau nei 0,02 Ω arba lygiai jai) ir palaiko didesnį nei 90 % CER selektyvumą esant dideliems -chlorido - našumo parametrams, kurių grafitas negali atitikti.
2. Kiek laiko paprastai tarnauja titano anodo strypas natrio hipochlorito generatoriuje?
+
-
Kontroliuojamomis eksploatavimo sąlygomis - stabilus srovės tankis, tinkama elektrolitų koncentracija ir periodinė priežiūra - aukštos-kokybės rutenio-iridžiu dengto titano anodo strypas tarnauja 8–10 metų. Paprastesnės vieno sluoksnio dangos panašiomis sąlygomis paprastai tarnauja 3–5 metus.
3. Ar titano anodo strypus galima pritaikyti ne-standartinėms reaktorių geometrijoms?
+
-
Gamintojai, turintys{0}}vidaus gamybos galimybių, gali pagaminti pasirinktinio skersmens, ilgio ir galinės{1}}jungčių konfigūracijos anodo strypus, kad atitiktų konkrečių elementų dizainą. Dangos formulės taip pat gali būti koreguojamos -, pavyzdžiui, pereinant prie didesnio iridžio kiekio deguonies -turtingoje ar aukštoje -temperatūroje -, siekiant optimizuoti veikimą netipiškomis darbo sąlygomis.
Bendradarbiaukite su NAVI Titanium, kad sukurtumėte patikimus chloro evoliucijos elektrodų sprendimus
Kai jūsų procesas reikalauja tikslumo, ilgaamžiškumo ir patikrinamo elektrocheminio našumo, NAVI Titanium jį teikia. Kaip dedikuotastitano anodo strypas2008 m. įsteigtas tiekėjas, kurio būstinė yra Kinijos „Titano slėnyje“ - Baoji High-tech Zone - NAVI Titanium engineers rutenio-iridiumu MMO dengti anodai, specialiai skirti didelės-druskos, didelės-oksidacijos, nepertraukiamo chloro efektyvumo aplinkai. Naudojant gradientinės dangos technologiją, kuri sumažina energijos sąnaudas iki 40 % ir pailgina elektrodo tarnavimo laiką iki 8–10 metų, NAVI Titanium sumažina visas sistemos sąnaudas ir padidina išvesties patikimumą. Galimi nemokami standartinių specifikacijų pavyzdžiai, o inžinierių komanda teikia individualią-vieną-nemokamą techninę konsultaciją.
Susisiekite su NAVI Titanium komanda tiesiogiai adresusales@navititanium.comaptarti jūsų projekto reikalavimus ir gauti pritaikytą elektrodo sprendimą.
Nuorodos
1. Trasatti, S. (1991). Keraminių oksidų fizikinė elektrochemija. Electrochimica Acta, 36(2), 225–241.
2. Panika, V. V. ir Nikoličius, BZ (2007). Sol-gelis paruošė RuO₂–TiO₂ dangas kaip elektrodus chloro išsiskyrimui. Elektrochemijos draugijos žurnalas, 154(11), D621–D628.
3. Alus, HB (1980). Elektrodo medžiaga ir jos panaudojimas elektrocheminiuose procesuose. Journal of the Electrochemical Society, 127(8), 303C–307C.
4. Sergio, H. ir Guerrini, E. (2004). Sol-gelio metodu paruoštų Ti/RuO₂–IrO₂ elektrodų elektrokatalitinės savybės. Electrochimica Acta, 49(22–23), 3741–3752.
5. Martínez-Huitle, CA ir Ferro, S. (2006). Elektrocheminė organinių teršalų oksidacija nuotekų valymui: tiesioginiai ir netiesioginiai procesai. Chemical Society Reviews, 35(12), 1324–1340.
6. Cheng, S. ir Liu, H. (2013). Matmenų stabilūs anodai, skirti chloro-šarmų ir vandens valymo programoms: dangos kūrimo ir eksploatacinių savybių apžvalga. International Journal of Electrochemical Science, 8(3), 4000–4017.
