Титанов аноден прът с технология за градиентно покритие за по-дълъг живот

Подземните причини често причиняват чести смени на електроди и увеличени разходи за поддръжка на общинските пречиствателни съоръжения и собствениците на басейни. Стандартните електроди за електролиза с натриев хипохлорит се развалят бързо при тежки условия, което води до прекъсване на системата и надхвърляне на разходите. отговорът? Разширенотитанов аноден прътs с градиентни покрития издържат месеци до години.

Дезинфекцията на вода днес разчита на електрохимични методи, които създават дезинфектанти на- основа на хлор. Анодът трябва да издържа на хлоридни йони, висока плътност на тока и окисление в тези системи. Някои материали са изследвани от десетилетия, но само анодите на базата на титан- могат да издържат на 24-часова търговска употреба.

Разбирането на микроскопичните материали удължава живота на електродите. Циклите на термично разширение натоварват еднослойни покрития от чист или основен рутений-иридий-. Ниските концентрации на напрежение позволяват на враждебните йони да достигнат до титановия субстрат, което води до пасивиране и неефективни аноди. Градиентното покритие разпространява механичния и електрохимичен стрес в няколко защитни слоя, за да се справи с този основен проблем.

Титанов аноден прът

 

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 градиентното покритие удължава експлоатационния живот на титановия аноден прът? 

Разбиране на разпределението на напрежението в много-слойни електродни системи

Науката зад това колко добре работи градиентното покритие е изцяло за намаляване на стреса. По време на електролиза потокът от ток създава топлина, която след това се освобождава, когато търсенето е ниско. Това се нарича термичен цикъл. Еднослойните -слойни покрития променят размера си, когато титаниевата основа го прави, но точката, където покритието се среща с метала, става място, където започват пукнатини. При всяка промяна на температурата, микропукнатините в покритието се увеличават, докато покритието се разслои.

Градиентните системи добавят нива в средата, чийто състав се променя с времето. Слоят, който е директно свързан с титан, има повече елементи, чиито коефициенти на топлинно разширение са много близки до тези на субстрата. Докато преминавате през слоевете, те бавно се придвижват към-еволюция-горен слой, оптимизиран за хлор. Този архитектурен метод разпространява топлинното напрежение върху няколко повърхности, вместо да го фокусира върху една слаба граница.

Тези ефекти са измерени чрез изследване, проведено в лаборатории за наука за материалите.

При ускореното тестване на живота електродите се нагряват и охлаждат бързо, като същевременно се поддържа висока плътност на тока. Образците на титаниеви анодни пръти с градиентно{1}}покритие запазват формата си за 8000 до 10 000 часа, в сравнение с 2000 до 3000 часа за стандартни еднослойни -дизайни. Това три{12}} до пет-кратно подобрение незабавно води до по-малко замени и по-ниска обща цена на притежание.

Каталитично оптимизиране на производителността чрез инженерство на слоеве

В допълнение към подобряването на структурата, градиентните слоеве също правят процесите на отделяне на хлор по-електрохимично ефективни. Най-горният слой съдържа внимателно контролирани количества рутениеви и иридиеви оксиди, които са благородни метали, избрани заради изключителната им способност да създават хлор. Но тези материали трябва да се използват по планиран начин, за да се намери добра комбинация между функция и цена.

Тъй като горните нанометри се износват по време на редовна употреба, междинните градиентни слоеве работят като "резервоари за катализатор", които бавно запълват активната повърхност. Тази способност да се самообновява поддържа скоростта на производство на хлор стабилна през полезния живот на анода,

така че няма спад в производителността, както при по-простите дизайни на покритието. Операторите могат да разпознаят тази стабилност по факта, че изходът на дезинфектанта остава същият и не са необходими промени в напрежението, за да се компенсира намаляващата активност на електрода.

Покритие-с градиенттитанов аноден прътs генераторите на натриев хипохлорит са били използвани в полеви обекти, където напрежението на клетката е останало в рамките на 0,1 до 0,2 волта от първоначалните им стойности при стартиране след 5 или повече години постоянна работа. Обикновено конвенционалните електроди се нуждаят от повишаване на напрежението с 15 до 25 процента през първата година, за да продължат да произвеждат на същото ниво. Тъй като електричеството е основният разход за работа на системи за електролитно почистване, тази стабилност на напрежението спестява много енергия-обикновено 20–30% по-малко през полезния живот на електрода.

Много{0}}слойни градиентни покрития за защита на титанов аноден прът

Архитектурен дизайн на усъвършенствани системи за покритие

В днешно време системите с градиентно покритие обикновено имат три до пет отделни слоя и всеки от тях се поставя чрез внимателно контролирани процеси на топлинно разграждане. Когато основният слой се постави върху титан, който е бил химически надраскан, той образува важната метал-оксидна връзка, която влияе върху това колко добре покритието се придържа към титана като цяло. В това основно покритие са използвани огнеупорни метални оксиди. Те създават силни химически връзки с титанов диоксид, който вече е върху направените субстрати.

Докато се движите през слоевете, каталитичната активност се повишава, докато механичните свойства се променят. Инженерите избират комбинации от оксиди, които правят плавни промени в това колко твърд, порест и електропроводим е материалът. Обърнете специално внимание на градиента на порьозността-контролирани микропорни структури в средните слоеве позволяват на електролита да достигне до по-дълбоки каталитични зони, като същевременно спира навлизането на хлорид в насипно състояние, което би увредило интерфейса на титания. Работният слой от външната страна ускорява процеса на отделяне на хлор чрез използване на правилните количества благородни метали. Тази повърхност може да има 20–40% иридиев оксид, смесен с рутениев оксид,

плюс малки количества тантал или калаени оксиди, за да стане по-стабилен, в зависимост от нуждите на приложението. Общата дебелина на покритието обикновено е между 8 и 15 микрометра, а всеки слой е с дебелина между 2 и 4 микрометра. Тези размери са внимателно подбрани, за да балансират сигурността и цената на материалите.

Контрол на производствения процес за равномерност на покритието

За да се възползвате от предимствата на градиентното покритие, производството трябва да бъде много прецизно и да надхвърля простите стъпки „боядисване и изпичане“. Само по време на фазата на подготовка на субстрата има няколко стъпки: механично обезмасляване, химическо ецване в контролирани киселинни разтвори, грапавост на повърхността, за да се улесни залепването на лепилото, и окончателно почистване, за да се отървете от всякакви замърсители, които биха могли да направят лепилото по-малко ефективно.

За всеки покривен слой трябва да се спазват стриктни правила. В зависимост от формата на анода, прекурсорните разтвори се прилагат чрез четкане, пръскане или потапяне в специфични течности, които разтварят метални соли. В помещенията с контролирана атмосфера разтворителите се изпаряват преди прекурсорите да се разпаднат при температури между 350 градуса и 480 градуса,

превръщайки ги в оксидни слоеве. Всеки слой се изгражда в продължение на няколко цикъла на нанасяне, докато достигне определена дебелина, преди да се премине към следващата градиентна композиция.

Тестването за осигуряване на качеството използва тестове за огъване, за да провери колко добре залепва покритието, микроскоп, за да разбере колко е дебело, и електрохимичен анализ, за ​​да провери колко добре работи катализаторът. Устройствата с титаниеви анодни пръти, които отговарят на строги изисквания, са единствените, които преминават през окончателно тестване и доставка. Този стриктен производствен процес е причината първокласните електроди с градиентно- покритие да струват повече от по-евтините алтернативи, въпреки че анализът на разходите през жизнения цикъл винаги дава предимство на по-напредналата технология.

Намаляване на микропукнатините и разслояването в анодни пръти с MMO- покритие

Основният начин, по който електродите, третирани със смесени метални оксиди (MMO), се отказват, е чрез образуване на микропукнатини. По време на работа, термично напрежение, механично въздействие или електрохимично напрежение могат да причинят тези много малки пукнатини, които често са само 0,1 до 1 микрометър широки. След като започнат, пукнатините се разпространяват през дебелината на покритието, правейки прави пътища за достигане на електролита до титановата основа.

В анодна среда титанът бързо пасивира, когато разтворът стигне до него. Титанът образува оксиден слой, който не е проводим и спира протичането на ток. Това прави тази част от повърхността на електрода неактивна. Във вреден кръг на обратна връзка, тъй като повече зони на покритие се повредят, активната повърхност, която все още е там, трябва да носи повече ток, което ускорява разграждането. След като този процес започне,титанов аноден прътобикновено спират да работят напълно в рамките на няколко седмици.

Налични са няколко начина за архитектурата на градиентно покритие за спиране на прогресирането на този отказ. Структурата на-разпределения слой на напрежението прави по-малка вероятността от образуване на пукнатини. Когато се образуват микропукнатини, те се натъкват на промени в състава на границите на слоя. Тези промени огъват пътищата на разпространение на пукнатини, така че те трябва да минават настрани, вместо направо към основата. Този ефект на "притъпяване на пукнатини" отнема много повече време на електролита, за да достигне пълната дебелина на покритието.

Също така средните градиентни слоеве имат известна каталитична активност. Това означава, че отделянето на хлор може да продължи на по-ниски нива, дори ако горният слой се повреди. Този допълнителен слой предотвратява загубата на производителност, която идва с едно-слойно покритие от повреда. Вместо бърза смърт на сензора, операторите получават седмици или месеци предупреждение, когато напрежението бавно се повишава.

Градиентно покритие и защита от хлоридни йони на титановия интерфейс

Най-сериозната химическа заплаха за дълголетието на електрода е проникването на хлоридни йони. Тези силни аниони се намират в големи количества в системи за електролиза на солена вода. Те атакуват интерфейса на титанов-оксид чрез електрохимични процеси. Когато хлоридите се натрупват в тази ключова точка, те ускоряват процеса на пасивиране и помагат на титана да се разтвори.

Чрез проектирани модели на порьозност градиентните покрития спират проникването на хлорид. Най-горните слоеве запазват относително отворените си структури, което улеснява електролитите да стигнат до каталитичните места, което е необходимо за ефективното излизане на хлора. Порите в средните слоеве стават по-стеснени с течение на времето, позволявайки на малки хидратирани йони и водни молекули да преминат, но спират движението на по-големите хлоридни йони. Химикалите не могат да преминат през титановата основа поради бариерата, която образува най-дълбокият слой.

Този филтриращ ефект остава на място през целия живот на анода. Защитните слоеве вътре остават на мястото си, въпреки че външната страна бавно се износва, което е нормален ефект от дългосрочна-използване. Тестовете за електрохимична импедансна спектроскопия, извършени от отделна лаборатория, показаха, че пробите с градиентно- покритие запазват своята стабилна междинна устойчивост за повече от 7000 часа в настройки с бърза корозия, която би унищожила обикновените покрития само за 1500 часа.

Защитните ефекти са по-силни в ситуации с висока-соленост, като например когато морската вода се електролизира за морски системи против обрастване или когато се обработва солена вода. Електродите са изложени на нива на хлорид 10–30 пъти по-високи в тези трудни среди, отколкото при нормални общински водоснабдителни приложения. Теренни данни от крайбрежни обекти показват, че електродите с градиентно- покритие продължават да работят 8–10 години, докато стандартните MMO покрития издържат само 18–36 месеца при същите условия.

Дизайн на титанов аноден прът за-дългосрочна непрекъсната електролиза

За да получите производителност на електрода, която продължава десет години, трябва да комбинирате технологията за градиентно покритие с възможно най-добрата геометрия на анода и методи за инсталиране. Електродите с форма на прът - са чудесни за много видове електролитни клетки, защото имат голяма повърхност в малко пространство и улесняват протичането на електролитите около активните повърхности.

Самата титанова подложка трябва да отговаря на строги изисквания за чистота. Чистият титан от магазина (степен 1 ​​или 2) е най-добрият за адхезия на покритието и устойчивост на корозия. Специализирани методи за ецване се използват върху повърхността на субстрата, за да се направят малки шарки на грапавост (обикновено 3-6 микрометра във височина от пик-до вдлъбнатина), които държат системата за покритие физически на място. Тази подготовка на повърхността е много важна, защото дори най-доброто покритие ще се провали рано, ако връзката отдолу не е силна.

Електродните системи с дълъг{0}} живот обръщат също толкова внимание на дизайна на електрическите връзки. Точката, където титаниевата пръчка среща токопроводящите-проводници, трябва да запази ниското си съпротивление за години на употреба, като същевременно стои далеч от вредната електролитна среда. Високите -версии използват заварени връзки от титан-към-титан с проектирани уплътнения и защитни корпуси, които предпазват електролитите. В зле изградени системи много ранни ремонти на електроди са причинени от повреда на връзката, а не от износване на покритието.

Чрез въздействия върху токовия поток, формата на клетката влияе върху продължителността на живота на електрода. Дори използването на покритието и дългият експлоатационен живот са подобрени чрез еднаква плътност на тока по повърхността на анода. Инсталациите поставят анодните пръти така, че да останат на същото разстояние от катодите, да се отърват от всякакви форми, които концентрират тока, и да се уверят, че има достатъчно електролитен поток, за да се отърват от мехурчетата хлорен газ, които се образуват. Тези конструктивни фактори, заедно с градиентната защита на покритието, позволяват много дълги интервали на обслужване, което прави съвременната електролитна дезинфекция конкурентна на химическото хлориране по отношение на разходите.

Заключение

Промяната от традиционни електроди, които не издържат дълго, към системи с градиентно-покритие, които издържат десет години, е голяма стъпка напред в технологията за електрохимично третиране на вода. Много{2}}слойните градиентни конструкции правят непрекъснатото електролитно почистване възможно и-рентабилно за много приложения, като решават основните причини, поради които електродите се повредят, като термичен стрес, микропукнатини, проникване на хлорид и пасивиране на повърхността.

Когато операторите за обработка на вода избират електроди, те не трябва да гледат само първоначалната покупна цена. Те също така трябва да разгледат общите разходи за жизнения цикъл. Може да струва 40–60% повече от други опции, за да получите aтитанов аноден прътс подобрена технология за градиентно покритие, но издържа три до пет пъти по-дълго и използва 20–30% по-малко енергия. Поради това изборът на висококачествена електродна технология е умен финансов ход, тъй като спестява пари в дългосрочен план и намалява работата по поддръжката и прекъсването на системата.

Тъй като се правят повече проучвания за подобряване на състава на покритията, проектиране на повърхността на субстратите и подобряване на производствения процес, изглежда, че дълготрайността и ефективността на електродите могат да станат още по-добри. Както сега стоят нещата, електродите могат да работят надеждно в продължение на 8–10 години при изискване на непрекъсната работа. Това ниво на представяне би било немислимо само преди десет години. Това подобрение на технологията е добро за всеки, който се нуждае от безопасна, пречистена вода.

Партньор с NAVI Titanium-Вашият доверен доставчик на титаниев аноден прът за модерни решения за пречистване на вода

Готови ли сте да спрете да сменяте електродите толкова често и да намалите разходите за работа на вашата система за пречистване на вода? NAVI Titanium произвежда високо{0}}качествени градиентни{1}}покрити титаниеви анодни пръти, които са проектирани да работят в предизвикателни текущи електролизни приложения. Нашата специална технология за много-слойно покритие, подобрени методи за подготовка на основата и строг контрол на качеството правят електроди, които се използват от 8 до 10 години в пречиствателни станции за отпадни води, системи за почистване на плувни басейни и промишлени водни системи. Като топ доставчик натитанов аноден прътs, ние предлагаме пълна експертна поддръжка, от помощ при първоначалното създаване на системата до насочване на инсталацията и подобряване на производителността. Покритите с рутениев-иридиев градиент- електроди от NAVI намаляват потреблението на енергия до 3,2–3,8 kWh/kg използваем хлор, като същевременно поддържат производството фиксирано през дългия си полезен живот. Нашият инженерен екип може да ви помогне да изберете най-добрата електродна конфигурация за вашите нужди, независимо дали надграждате съществуващи генератори на натриев хипохлорит или планирате нови с капацитет от 50 до 5000 g/h.

Свържете се с нашия технически екип по продажбите наsales@navititanium.comведнага да говорите за проблемите си с пречистването на водата и да разберете как усъвършенстваната електродна технология на NAVI Titanium може да направи вашата система по-надеждна и по-{0}}рентабилна.

Референции

1. Чен, Г. "Електрохимични технологии при пречистване на отпадъчни води." Технология за разделяне и пречистване, vol. 38, no. 1, 2004, pp. 11-41.

2. Comninellis, C. и Chen, G. "Електрохимия за околната среда." Springer Science & Business Media, 2010 г.

3. Kraft, A. "Електрохимична дезинфекция на вода: кратък преглед." Platinum Metals Review, vol. 52, no. 3, 2008, pp. 177-185.

4. Trasatti, S. "Електрокатализа: Разбиране на успеха на DSA®." Electrochimica Acta, vol. 45, no. 15-16, 2000, pp. 2377-2385.

5. Bergmann, MEH и Koparal, AS "Проучвания върху производството на електрохимични дезинфектанти с използване на аноди, съдържащи RuO2." Journal of Applied Electrochemistry, vol. 35, no. 12, 2005, pp. 1321-1329.

6. Panizza, M. и Cerisola, G. "Прилагане на диамантени електроди към електрохимични процеси." Electrochimica Acta, vol. 51, no. 2, 2005, pp. 191-199.