Изборът на правилното покритие за aтитанов аноден прътможе да създаде или развали електрохимична система. Независимо дали работите с генератор на натриев хипохлорит, клетка за пречистване на отпадъчни води или устройство за дезинфекция на басейни, химическият състав на покритието директно оформя консумацията на енергия, експлоатационния живот и отделянето на хлор. Тази статия разглежда четири основни типа покрития - чист рутений, рутений-иридий, смесен метален оксид (MMO) и градиентен композит -, за да можете да вземете добре-информирано решение за покупка.
Каква е разликата между Ru и Ru-Ir титанови покрития на анодни пръти?
Покрития от чист рутений: висока активност, тесен прозорец
Покритие, направено от чист рутениев оксид (RuO₂), има голяма активност при генериране на хлор. Тъй като рутеният няма голям свръхпотенциал за реакцията на отделяне на хлор (CER), електродът може да произвежда Cl₂ при ниско напрежение на клетката. Това означава, че се използва по-малко енергия в течности с високо съдържание на хлор. Изследвания, докладвани в списанието Electrochimica Acta, показват, че електродите, покрити с RuO₂, имат CER селективност над 95% в солен разтвор с концентрации на NaCl над 200 g/L.
Стабилността е това, от което се отказвате. При анодна поляризация чистият RuO₂ се разтваря бавно, особено когато плътността на тока е по-висока от 2000 A/m² или когато рН на електролита се промени под 2. Слоят изтънява бързо при тези условия, което ограничава полезния живот на титановия аноден прът до около 2–4 години при трудни непрекъснати-работни ситуации.
Рутениеви-иридиеви покрития: стабилност чрез синергия
Добавянето на иридиев оксид (IrO₂) към сместа прави голяма разлика в картината. IrO₂ не реагира директно със силни окислителни условия и задържа матрицата на покритието на място, което забавя разграждането на RuO₂. Полученият Ru-Ir бинарен оксид запазва високата си CER селективност и увеличава експлоатационния живот на електрода до 5–8 години при същите условия на употреба.
Слоят Ru-Ir е най-често срещаният тип, използван в хлор-алкални клетки, производители на натриев хипохлорит и системи, които предпазват морската вода от полепване по нещата. Линията Ru-Ir от NAVI Titanium е предназначена за проекти за генератори на натриев хипохлорит с мощност 50–5000 g/h, които се нуждаят от висока активност и дълготрайна стабилност на покритието за 24 часа на ден.
Как MMO покритията променят електрохимичното поведение на титаниеви анодни пръти
Какво всъщност означава MMO
„Смесен метален оксид“ е широко понятие за всяко покритие върху титан, което съчетава два или повече оксида на преходни метали. RuO₂-TiO₂, RuO₂-IrO₂-TiO₂ и IrO₂-Ta₂O₅ са всички обичайни комбинации. Частта от титанов или танталов оксид разтваря благородния метал и поддържа структурата стабилна. Това прави каталитичната фаза по-справедливо разпределена и намалява количеството благороден метал, използван за единица, без да се засяга електрохимичната ефективност.
В хлор-алкалните клетки MMO анодите се появиха на пазара през 70-те години на миналия век като чист заместител на графитните електроди. Сега се използват в повече от 70% от хлор-алкалните инсталации, а също така се използват в системи за пречистване на отпадъчни води, галванопластика и системи за катодна защита, които издържат 8–10 години или повече.
Електрохимични предимства пред единични-оксидни покрития
Има повече активни повърхностни места поради мулти-оксидната архитектура.
Рецензирани -изследвания на спектроскопия на електрохимичния импеданс показват, че покритията IrO₂-Ta₂O₅ MMO понижават напрежението на клетката с 0,1–0,3 V в сравнение с вариантите с единичен-оксид при същите плътности на тока. Това означава да използвате по-малко енергия. MMO-покритие на NAVI Titaniumтитанов аноден прътконфигурациите са тествани да работят в рамките на 3,2–3,8 kWh на килограм наличен хлор. Това намалява оперативните разходи на системата с 10–25% през жизнения цикъл на оборудването.
Мулти{0}}оксидната структура спира и пасивирането на субстрата. Електрическото съпротивление се повишава и напрежението на клетката се повишава, когато TiO₂ се натрупва в точката, където се срещат титанът и покритието. Добавянето на Ta₂O₅ или SnO₂ към MMO слоя забавя този процес на пасивиране, което поддържа междуфазовото съпротивление фиксирано през целия експлоатационен живот.
Градиентни покрития от титанов аноден прът срещу конвенционалните еднородни покрития
Как еднородните покрития падат под напрежение
При нормално равномерно MMO покритие, същият състав се нанася от външната страна на електрода спрямо повърхността на субстрата. Несъответстващите коефициенти на термично разширение между TiO₂, RuO₂ и титановата основа причиняват локализирано напрежение на срязване, когато те се нагряват и охлаждат отново и отново и когато са електрохимично поляризирани. Това напрежение създава малки пукнатини, които позволяват на хлоридните йони да достигнат до чистия титан и да започнат процеса на пасивиране. Резултатът е разслояване на покритието твърде рано, което е един от четирите основни проблема, наблюдавани в бизнеса с производство на електроди.
Какво решава градиентната архитектура
От основата навън градиентният композитен слой постепенно променя състава си-. Във вътрешните слоеве има много структурни оксиди (TiO₂, Ta2O₅). Тези оксиди съответстват на термичното разширение на титана и създават силен адхезивен слой.
Най-горните слоеве имат много каталитични оксиди (RuO₂, IrO₂), които са обърнати към електролита и ускоряват процеса, който освобождава хлор. Междуфазното напрежение се разпределя върху няколко слоя в този дизайн, вместо да се концентрира в един контакт.
Технологията за много-слойно градиентно облекчаване на напрежението на NAVI Titanium се справя директно с четири известни режима на повреда: образуване на микропукнатини, разслояване на покритието, пасивиране на субстрата и навлизане на хлоридни йони. Крайният резултат е атитанов аноден пръткоето е тествано и доказано, че издържа 8–10 години при непрекъсната електролиза с висока-сол. Това е много по-дълго от 3-5 години, които обичайните еднообразни покрития обикновено издържат при същите условия.
Коя структура на покритие е подходяща за приложенията за развитие на хлор?
Селективност, издръжливост и{0}}избор на специфично покритие
По-специално за отделянето на хлор параметърът за избор е разликата между селективността на CER реакцията и конкуренцията от OER реакцията. При високи нива на хлорид и леко рН (3–5), базираните на Ru-Ir и Ru-Ir-MMO филми поддържат CER селективността над 90%, което намалява производството на излишен кислород, който изразходва електричество. Градиентните покрития, поставени върху външния слой Ru-Ir, запазват тази селективност, като същевременно добавят силата, необходима за производството на натриев хипохлорит през цялото време.
MMO покритие с външен слой IrO₂-Ta₂O₅ е най-добрата комбинация от цена и ефективност за дезинфекция на плувни басейни и третиране на питейна вода в градове, където текущата плътност е умерена и непрекъснатостта на услугата е много важна. Повърхностите, богати на IrO₂-, предлагат по-широка гама от опции за окисляване, което е полезно за приложения за пречистване на отпадъчни води, които искат да разграждат COD и да премахнат амоняка и азота.
Как да съчетаем химическия състав на покритието на титанов аноден прът с електролитните условия
Избор на покритие за концентрация на хлорид и рН
Основната променлива е химията на електролита. Разтворите с висока-соленост с повече от 150 g/L NaCl работят най-добре с Ru-Ir или градиентни Ru-Ir MMO покрития, защото и двете имат нисък CER свръхпотенциал и не се разтварят бързо в хлорид. Разредените електролити под 30 g/L NaCl са често срещани в дезинфекционните басейни и някои промишлени водни системи. Те променят работния прозорец към богати на IrO₂- MMO покрития, които продължават да работят добре при по-ниски нива на хлорид.
Контролирането на pH е също толкова важно затитанов аноден прът. Под pH 2 RuO₂ се разтваря със скорост, която може да бъде измерена. Над рН 9, OER конкуренцията нараства бързо. Повечето системи с натриев хипохлорит работят между pH 3 и 7, което е диапазон на pH, при който повърхностите Ru-Ir MMO работят добре, без да се разпадат бързо.
Диапазон на плътност на тока и натоварване от благороден метал
Титанов аноден прът може да работи с плътности на тока, вариращи от 10 до 50 A/m² в системи за катодна защита до 2000 до 5000 A/m² в клетки за електролиза с висок{6}}интензитет. За повече ток, външните слоеве на катализатора трябва да са по-големи, а градиентният дизайн трябва да е по-силен. NAVI Titanium настройва количеството заредени благородни метали-обикновено RuO₂ и IrO₂, поставени в слоеве с дебелина 2–15 микрона-към точния прозорец на плътност на тока за всяко приложение. По този начин над-спецификацията не повишава разходите, а под-спецификацията не ускорява износването.
Специално проектираният титанов аноден прът е различен от обикновения електрод, тъй като съответства на дебелината на покритието, градиента на състава и съдържанието на благороден метал към действителните работни условия.
Заключение
Когато става въпрос затитанов аноден прътефективност, химията на покритието не е закъсняла мисъл; това е най-важният фактор. Покритията от чист рутений правят CER по-добра работа, но правят материала по-малко стабилен във времето. Ru-Ir бинарните покрития са най-издръжливите и активни покрития, които могат да се използват в широк диапазон от промишлени условия. Когато се използват MMO дизайни, те подобряват структурата, използват по-малко ценен метал и спират пасивирането на субстрата. Механичните режими на повреда, които съкращават експлоатационния живот на обикновените електроди, могат да бъдат коригирани с градиентни композитни конструкции. Намирането на правилното покритие за вашата електролитна химия, плътност на тока и работен цикъл е най-лесният начин да намалите разходите за енергия, да направите инструментите по-дълготрайни и да направите системата по-надеждна.
ЧЗВ
1. Колко време обикновено издържа покритието на титанов аноден прът при непрекъснато отделяне на хлор?
+
-
Срокът на експлоатация варира в зависимост от вида на покритието и начина, по който се използва. При непрекъсната високо{1}}токова електролиза повечето стандартни еднородни MMO покрития издържат между 3 и 5 години. Градиентни композитни Ru-Ir MMO покрития, като тези, направени от NAVI Titanium, увеличават тествания експлоатационен живот до 8–10 години при същите условия. Това е така, защото те се отърват от режимите на повреда на микропукнатини и разслояване, които се случват често при едно-дизайн на слой.
2. Защо графит, неръждаема стомана или оловни аноди не могат да заменят титанов аноден прът при електролиза с натриев хипохлорит?
+
-
Когато графитът се разпадне, въглеродните частици се отделят в разтвора и го замърсяват. В богата- на хлорид среда анодната поляризация разгражда неръждаемата стомана и желязото, освобождавайки метални йони, които понижават чистотата на продукта. Токсичните оловни химикали се произвеждат от оловни аноди. Само титан, комбиниран със стабилно покритие от оксид на благороден метал, осигурява устойчивостта на корозия, стабилността на размерите и селективността на CER, необходими за чисто, непрекъснато генериране на натриев хипохлорит.
3. Каква е разликата между MMO анод и платинено-покрита титанова анодна пръчка?
+
-
Платинените покрития имат много висока електрохимична стабилност и нисък свръхнапрежение, но струват много повече на единица площ, защото са направени от платина. За да получите същата електрохимична производителност при приложения за отделяне на хлор и отделяне на кислород на по-ниска цена, MMO анодите, особено съставите IrO₂-Ta₂O₅ и Ru-Ir, разпръскват каталитични оксиди в смесена матрица, вместо да разчитат на повърхност от чист благороден метал. За повечето индустриални задачи за еволюция на хлор, MMO покритията представляват по-разходно{4}}изгодния инженерен избор.
Готови ли сте да намерите подходящата титанова анодна пръчка? Свържете се с NAVI Titanium
NAVI Titanium е основана през 2008 г. и е базирана в китайската „Долина на титана“ (Baoji High-tech Zone). Повече от 16 години нашият инженерен екип подобрява рутений, рутений-иридий, MMO и градиентни композитни покрития за използване в реални-електрохимични ситуации. Като специалисттитанов аноден прътдоставчик, ние предоставяме безплатни мостри за стандартни спецификации, техническа поддръжка-на-един и напълно персонализирани дизайни, които се основават на вашите електролитни условия, нужди от плътност на тока и желания експлоатационен живот. Процесът на градиентно покритие поддържа потреблението на енергия на единица до 3,2–3,8 kWh/kg използваем хлор. Това спестява 10–25% от системните разходи и поддържа системата работеща 8–10 години. Свържете се незабавно с нашия експертен екип и ние ще ви помогнем да изберете структурата на покритието, която работи най-добре за вас.
Свържете се с нас:sales@navititanium.com.
Референции
1. Трасати, С. (1991). Физическа електрохимия на керамични оксиди. Electrochimica Acta, 36 (2), 225–241.
2. Бира, HB (1980). Изобретяването и индустриалното развитие на метални аноди. Journal of the Electrochemical Society, 127(8), 303C–307C.
3. Comninellis, C. & Vercesi, GP (1991). Характеризиране на отделящи кислород електроди тип DSA-: избор на покритие. Journal of Applied Electrochemistry, 21 (4), 335–345.
4. Martínez-Huitle, CA, & Brillas, E. (2009). Обеззаразяване на отпадъчни води, съдържащи синтетични органични багрила чрез електрохимични методи: общ преглед. Приложен катализ B: Околна среда, 87 (3–4), 105–145.
5. Lassali, TAF, Boodts, JFC, & Bulhões, LOS (2000). Процеси на зареждане и електрокаталитични свойства на IrO₂/TiO₂/RuO₂ оксидни филми, изследвани чрез in situ AC импедансни измервания. Electrochimica Acta, 46 (10–11), 1369–1375.
6. Zeradjanin, AR, Menzel, N., Schuhmann, W., & Strasser, P. (2012). Относно фарадеевската селективност и ролята на повърхностната нехомогенност по време на реакцията на отделяне на хлор върху тройни Ti-Ru-Ir електрокатализатори със смесен метален оксид. Физическа химия Химическа физика, 16 (27), 13741–13747.
