Пейзажът на електрохимичното третиране на вода претърпя забележителна трансформация през последните десетилетия. В основата на тази революция лежититанов аноден прът, компонент, който се е развил от прости метални електроди в сложни каталитични системи. Разбирането на тази еволюция разкрива не само технологичния напредък, но и реакцията на индустрията на нарастващите изисквания за ефективност, издръжливост и-цефективност в приложения, вариращи от пречистване на битови отпадъчни води до дезинфекция на плувни басейни.
Модерните съоръжения за пречистване на вода са изправени пред нарастващ натиск, за да осигурят постоянна производителност, като същевременно минимизират оперативните разходи. Традиционните електродни материали като графит, неръждаема стомана и различни неблагородни метали се оказаха неадекватни за суровите реалности на непрекъснатата електролиза, особено при генерирането на натриев хипохлорит. Появата на решения, базирани на титан-, обърна основно внимание на тези ограничения, но въпреки това пътуването от основните титаниеви електроди до днешните усъвършенствани композитни структури представлява завладяваща история за срещата на науката за материалите с индустриалната необходимост.
1.Спецификация
Общи форми: плоча, прът, мрежа, тръба или персонализиране
Покритие: Класическата формула на IrO2-Ta2O5, Ru-Ir, Pt или персонализиране
Електрохимична реакция: реакция на отделяне на кислород/хлор/водород
Вътрешен код: NAVI-1-011
Марка: NAVI Titanium®
Основен материал: чист титан Gr1
Разширени области на NAVI: PEM, PCB, пречистване на отпадъчни води и др.
2. Ръководство за закупуване
(1) Процес
NAVI Titanium (от 2008 г.) може да обработва според вашите дизайнерски чертежи
(2) Безплатна проба
NAVI Titanium доставя безплатна проба за общи спецификации
(3) Технологична поддръжка
Професионална-за-услуга, дизайн безплатен, добре дошли да се свържете с нас
Как се е развила технологията на титановата анодна пръчка с времето?
Първата причина титанът да се използва в електролитни процеси е, че е много здрав и не ръждясва. Ранните опити обаче бързо показаха, че голите титаниеви повърхности се пасивират при анодни условия, създавайки слоеве от изолационен оксид, който ги спира да работят. През 60-те години на миналия век титаниеви аноди с покритие станаха възможни благодарение на това откритие. Това беше истинският старт на бизнеса.
В началото системите за покритие използваха метали от платиновата група, които се нанасяха с помощта на прости техники за разрушаване на топлината. Тези авангардни-дизайни показаха доказателство за концепцията, но не винаги работеха правилно и бяха твърде скъпи за повечето хора, за да си ги позволят. Често слоевете на покритието са или твърде дебели, което губи ценни метали, или твърде тънки, което ги кара да се повредят твърде рано. Производствените процеси нямаха точния контрол, необходим за постоянно качество, така че имаше големи разлики в това колко добре работят различните партиди продукти.
Когато покритията преминаха към смесен метален оксид (MMO), това беше повратна точка. Установено е, че комбинирането на рутениев оксид, иридиев оксид и други вещества прави процесите на отделяне на хлор по-ефективни, докато използва по-малко от най-скъпите платинени метали. През 80-те и 90-те години на миналия век тези анодни формули на MMO се превърнаха в стандарт в индустрията. Това направи електролитните системи за почистване много популярни.
Традиционната MMO технология обаче имаше своите недостатъци. Механичното напрежение е причинено от разликите в топлинното разширение между титаниевата подложка и оксидния слой в едно-слойните еднородни покрития.
Тези налягания се проявяваха като малки пукнатини, когато плътността на тока беше много висока през цялото време, особено при високи-солни настройки като тези, използвани за производството на натриев хипохлорит. Хлорните йони преминаха през тези дефекти и стигнаха до титановата повърхност отдолу, ускорявайки процеса на пасивиране. В резултат на това електродът бавно губи способността си да работи и в крайна сметка се поврежда, обикновено в рамките на три до пет години при трудни обстоятелства.
От конвенционални рутениеви покрития до градиентни MMO структури
Архитектурите с градиентно покритие коригираха основните проблеми със системите с еднородни слоеве, докато се развиваха. Вместо да нанася едно покритие, което е едно и също, градиентната технология прави няколко слоя, чийто състав се променя по планиран начин. Най-тънкият слой, който е в близък контакт с титаниевата основа, има повече от материалите, които помагат на нещата да се слепят и намаляват напрежението. Докато се движите през слоевете, стигате до състави, които са най-добри за каталитична активност и химическа устойчивост.
Този структурен подход се справя с няколко проблема едновременно. Бавната промяна в състава разпространява силите на топлинно разширение по повърхностите, вместо да ги концентрира на една граница. По-добрата адхезия при контакт с основата спира разслояването, което се случва при по-старите дизайни. Външните слоеве на електрода, които са пълни с електрокаталитично активни съединения, поддържат производителността на отделянето на хлор на електрода висока, докато се използва.
Контролът на процеса на създаване на градиентни структури изисква много умения. За всеки слой трябва внимателно да се контролират температурните диапазони, времето на престой и атмосферните променливи, които влияят на термичното разпадане. За подготвителните разтвори те трябва да бъдат направени точно, като съотношенията на частите се променят на всеки етап на покриване. Защото е толкова сложно, градиентнотитанов аноден пръттехнологията е част от-високия клас на пазара като цяло.
Ползите от производителността са измерени чрез изследване, проведено в най-добрите училища по материалознание. При продължителна употреба на електролиза,
ускореното тестване на живота показва, че правилно проектираните градиентни покрития могат да удължат експлоатационния живот до осем или повече години. В същото време тези подобрени структури поддържат ниски свръхпотенциалите за генериране на хлор, което директно означава, че използват по-малко енергия. Полевите инсталации казват, че новите конструкции на електродите спестяват от двадесет до четиридесет процента от мощността, използвана от по-старите конструкции. Точните спестявания зависят от системните настройки и условията на работа.
Модификация на субстрата на титанов аноден прът като ключово технологично надграждане
В продължение на десетилетия иновациите в покритията стимулираха развитието на електродите. Но наскоро вниманието се насочи към самия титанов субстрат. Титанът с висока -чистота има страхотни качества сам по себе си, но методите за модифициране на повърхността могат да го направят още по-добър. Предварителната обработка на субстрата се превърна във важен начин за разграничаване между високо-качествените електроди и по-евтините.
В днешно време подготовката на субстрат включва няколко стъпки, които се извършват последователно. Чрез увеличаване на контактната площ и механично свързване, механичните обработки правят повърхността по-груба по контролиран начин. Това улеснява залепването на покритията. Химическото ецване премахва повърхностните примеси и оксидни филми, като същевременно създава добри микроструктури. Някои модерни методи използват топлинни процеси, които променят кристалографската структура на средата близо до повърхността.
По-добрата подготовка на основата има ефекти, които надхвърлят просто адхезията на покритието. Когато повърхностите се модифицират, техните електронни свойства се променят, което влияе върху това колко бързо се движат зарядите между субстрата и покритието. Според изследвания, титаниеви плочи, които са били правилно обработени, по-ниско междуфазово съпротивление, което спомага за понижаване на общото напрежение на клетката. Този ефект прави ползите от използването на усъвършенствани формули за покритие още по-добри.
Дълго{0}}проблемите с дълголетието също могат да бъдат разрешени с технология за смяна на субстрата. При тежки ситуации е възможно покритията да бъдат отлепени, дори когато градиентните покрития осигуряват множество слоеве защита.
Променената основна повърхност има по-добра устойчивост на пасивиране от титан, който не е третиран, което добавя още един слой защита срещу загуба на производителност. Най-силните съвременни дизайни на електроди използват тази стратегия на "защита в дълбочина".
Усъвършенстван интерфейсен катализ в модерни титаниеви анодни пръти
Количеството използвана енергия и количеството дезинфектант, който може да бъде произведен от електролитни системи, се основават на това колко добре действа катализаторът на повърхността на електрода. Модерентитанов аноден прътдизайните използват сложно инженерство на интерфейса, за да направят реакциите за отделяне на хлор по-добри. Това е различно от предишните методи, които се фокусираха предимно върху издръжливостта на покритието, знаейки, че дългият живот не означава много, ако производителността не е достатъчно добра.
Разбирането как се образуват промените в хлора на молекулярно ниво е първата стъпка в подобряването на катализата на интерфейса. Има няколко стъпки в процеса, при които електроните се прехвърлят и различни междинни видове се придържат към повърхността на електрода. Микроструктурата и съставът на покритието влияят кой реакционен път е най-важен и колко бързо се движи всяка стъпка напред. Формулировките на целевия катализатор поддържат добрите междинни продукти стабилни, като същевременно правят енерго{3}}интензивните конкуренти по-малко стабилни.
Повърхностите с наноструктурирано покритие се превърнаха в мощен начин за повишаване на активността на катализаторите. Вместо дебели, гладки оксидни слоеве, новите покрития имат контролирана повърхностна порьозност и грапавост на нанометрово ниво. Тази структура прави огромна разлика в действителната повърхностна площ, която може да се използва за реакции, което означава, че има много повече активни каталитични места. Триизмерната-форма също улеснява придвижването на големи количества реагенти и продукти към и от активната повърхност.
Приложено на практика това означава по-ниски нужди от работно напрежение и по-добра икономичност на тока. Когато системите имат подобрени каталитични аноди,
те използват по-малко енергия, за да направят същото количество хлор, въпреки че напрежението на клетките е по-ниско. С по-добра ефективност на тока, повече от електричеството отива за задействане на дезинфектанта, вместо да навлиза в странични реакции, които не правят нищо полезно. Тези фактори работят заедно, за да намалят много енергийното потребление на единица. Най-добрите проекти получават числа между 3,2 и 3,8 киловат-часа на килограм използваем хлор.
Следващото поколение титаниеви анодни пръти за еволюция на хлор
В бъдеще се очаква ефективността на електродите да стане още по-добра благодарение на новите технологии. Компютърната наука за материалите се използва все повече и повече за насочване на разработването на покрития. Инструментите за симулация могат да предвидят най-добрите съотношения, преди да бъде направен истински прототип.
Този метод съкращава времето, необходимо за създаване на нови идеи, и ни позволява да разгледаме сложни системи с много части, които биха били трудни за изучаване само с емпирични методи.
Различни катализатори от благородни метали и нови формулировки на смесени оксиди са области на активно изследване. В момента най-често се използват рутений и иридий. Въпреки това, изследванията на други метали от платиновата група и техните оксиди понякога показват характеристики, които не са очаквани. Не-скъпоценните катализатори все още са цел, но беше трудно да ги накараме да работят добре и да останат стабилни при употреби за отделяне на хлор. Малко по малко подобренията в това колко ефективно се използват благородните метали предлагат по-непосредствен начин за намаляване на разходите.
Идеите за интелигентни електроди, които могат да усетят нещата и да променят начина им на работа, са интересно ново царство. Вградените сензори могат да проверяват състоянието на електродите в реално време, което би позволило планирана поддръжка и по-добри условия на работа. Системите за контрол на обратната връзка могат да променят плътността на тока в движение, за да балансират необходимостта от производство с необходимостта от защита на електродите. Това би увеличило максимално общия добив на хлор през целия живот, вместо просто да увеличи календарния живот.
Заключение
Титанов аноден пръттехнологията се промени през годините от прости електроди с покритие до днешните сложни градиентни композитни структури. Това е резултат от десетилетия напредък в науката за материалите, отговарящ на нуждите на индустрията. Всеки етап от разработката работи върху различен проблем: първите покрития фиксираха пасивирането на титан, формулите на MMO понижиха цената на ценните метали, градиентните структури ги направиха по-дълготрайни, промяната на субстрата ги накара да работят по-добре, а оптимизацията на интерфейса намали количеството използвана енергия. Тенденцията продължава да върви нагоре и новите технологии обещават още повече подобрения в ефективността, издръжливостта и стойността за парите.
Изборът на електроди има големи -трайни ефекти върху места, които използват производители на натриев хипохлорит, системи за почистване на плувни басейни или електрохимични процеси за пречистване на отпадъчни води. Въпреки че първоначално струват повече, модерните, усъвършенствани дизайни предлагат привлекателни ползи от общата цена на притежание чрез по-дълъг живот и по-ниско потребление на енергия. Разбирането на основните технологии, които причиняват тези вариации в производителността, позволява интелигентни избори, които съответстват на спецификациите на електродите с практическите нужди.
ЧЗВ
1. Какво прави титана важен за приложенията за електролиза на натриев хипохлорит?
+
-
Титанът е единственият материал, който може да се използва за направата на натриев хипохлорит, защото е устойчив на ръжда, здрав и добре провежда електричество. Други материали, като графит, се износват бързо в условия на окисляване, но неръждаемата стомана и други неблагородни метали ръждясват бързо при условия на високо-хлорид, ниско-pH, които обикновено имат тези системи. Титанът може да се справи с тези тежки условия, но се нуждае от каталитични покрития, за да спре повърхността му да се пасивира, когато се случи анодна поляризация.
2. Как структурите с градиентно покритие удължават живота на електрода в сравнение с конвенционалните конструкции?
+
-
Вместо да концентрират механичните напрежения в една точка между основата и равномерния покривен слой, градиентните покрития ги разпределят върху няколко повърхности. Това разпределение на напрежението спира микропукнатините, които обикновено пропускат хлоридните йони и пасивират субстрата в обикновените електроди. Освен това многослойната -структура осигурява допълнителна безопасност, така че дефектите в няколко слоя не увреждат бързо целия електрод. Когато тези неща се съчетаят, те правят работния живот по-дълъг от осем години в ситуации на постоянен висок ток.
3. Кои експлоатационни фактори влияят най-съществено на производителността и дълголетието на титановия аноден прът?
+
-
Плътността на тока е основният фактор, който определя колко дълго ще издържи един електрод. По-високите плътности карат покритието да се разпада по-бързо, тъй като го подлагат на по-голям електрохимичен стрес. Съставът на електролита, особено количеството хлорид и pH, има голям ефект както върху каталитичната ефективност, така и върху стабилността на покритието. Работната температура променя скоростта на реакциите и адхезията на покритията. Високите температури ускоряват повредата. Общият поток на зареждане е по-важен от това дали системата работи непрекъснато или с прекъсвания. Обаче една добре-проектирана система трябва да намали времето на престой, което губи енергия, без да се използва дезинфектант.
Готови ли сте да надстроите вашата система за пречистване на вода с усъвършенствана технология за титанов аноден прът?
NAVI Titanium е лидер в иновациите за електроди, предоставяйки рутениеви-иридиеви титаниеви аноди, които са специално проектирани за среди с високо съдържание на сол, силно окисляване и непрекъсната електролиза. Нашите методи за градиентно покритие и технологии за смяна на субстрата поддържат потреблението на енергия от всеки модул само до 3,2–3,8 kWh/kg използваем хлор и те също така правят модулите да издържат осем до десет години по-дълго. Нашият технически екип може да ви помогне да намерите части, които ще намалят общите разходи за работа на вашата система с 10 до 25%, независимо дали имате нужда от тях за пречистване на отпадъчни води в градовете, дезинфекция на плувни басейни, преработка на питейна вода или промишлени приложения с капацитет от 50 до 5000 грама на час. Свържете се с нашитетитанов аноден прътекип на продавача вsales@navititanium.comведнага да говорим за това как-авангардната електродна технология може да промени начина, по който третирате водата.
Референции
1. Чен, Г. (2004). Електрохимични технологии при пречистване на отпадъчни води. Технология за разделяне и пречистване, 38 (1), 11-41.
2. Comninellis, C., & Chen, G. (2010). Електрохимия за околната среда. Springer Science & Business Media.
3. Крафт, А. (2008). Електрохимична дезинфекция на вода: кратък преглед. Преглед на платинените метали, 52 (3), 177-185.
4. Martínez-Huitle, CA, & Ferro, S. (2006). Електрохимично окисление на органични замърсители за пречистване на отпадъчни води: директни и индиректни процеси. Прегледи на химическото общество, 35 (12), 1324-1340.
5. Трасати, С. (2000). Електрокатализа: разбиране на успеха на DSA®. Electrochimica Acta, 45 (15-16), 2377-2385.
6. Xu, L., & Scantlebury, JD (2003). Изследване на дезактивирането на титанов анод с покритие от IrO2-Ta2O5. Корозионна наука, 45 (12), 2729-2740.
