Suv tozalash muhandislari saytida natriy gipoxlorit-hosil qilish haqida gapirganda, bitta komponent doimiy ravishda paydo bo'ladi: titaniumli anodli tayoq. U har bir elektrolitik hujayraning markazida joylashgan va usiz xlorning evolyutsiya reaktsiyasi zamonaviy dezinfeksiya tizimlari talab qiladigan tarzda amalga oshirilmaydi. Ushbu maqolada ushbu reaksiya qanday ishlashi, anod materiali nima uchun juda muhimligi va ishonchli elektrodni muddatidan oldin ishlamay qolgan elektroddan ajratib turadigan narsa aniqlangan.
Titan anodli novda xlor evolyutsiyasi reaktsiyasini qanday boshqaradi?
Xlor hosil bo'lishi ortidagi elektrokimyoviy mexanizm
Elektrolitik natriy gipoxloritni olish uchun oddiy elektrokimyoviy printsip qo'llaniladi. Xlorid ionlari sho'r suv eritmasidan to'g'ridan-to'g'ri oqim o'tganda anod yuzasiga qarab harakatlanadi. Bu sirtdagi oksidlanish jarayonida ular elektronlardan voz kechib, xlor gazini (Cl₂) hosil qiladi. Gaz katodga yaqin bo'lgan asosiy eritmada darhol eriydi va gipoxlorid kislota (HOCl) va gipoxlorit ionlarini (OCl⁻) hosil qiladi, bu esa dezinfektsiya qiladi.
Ikki Cl⁻ atomi Cl₂ va ikkita e⁻ atomiga aylanadi. Natriy gipoxlorit suyuqlik Cl₂ katodda hosil bo'lgan natriy gidroksid bilan aralashtirilganda hosil bo'ladi. Butun jarayon anod yuzasi xlorid oksidlanishining birinchi bosqichini qanchalik tez tezlashtirishiga bog'liq.
Nima uchun anod materiali reaksiya samaradorligini aniqlaydi
Sanoat sharoitida bu reaktsiya har doim ham barcha Supero'tkazuvchilar materiallar bilan sodir bo'lishi mumkin emas.
Anod xlorid- va yuqori oksidlovchi muhitda ishlay olishi va o'zining haddan tashqari potentsialini past darajada ushlab turishi kerak. Bu reaktsiyani boshqarish uchun nazariy minimaldan yuqori bo'lgan qo'shimcha kuchlanishdir. Aralashtirilgan metall oksidlari (MMO) bilan qoplangan titan anodli novda xlor hosil qilish uchun 40 dan 80 mV gacha bo'lgan ortiqcha potentsiallarni ishlab chiqarishi mumkin, bu boshqa variantlarga qaraganda ancha past. Haddan tashqari potentsialni pasaytirish to'g'ridan-to'g'ri ishlatilishi mumkin bo'lgan bir kilogramm xlor uchun kamroq energiya sarflanishiga olib keladi.
Titan anod novdasi va anod yuzasida xlorid ionining oksidlanishi
Elektrod-elektrolit interfeysida nima sodir bo'ladi
Anod yuzasida kimyo juda aniq. Xlorid ionlari elektrod va eritma uchrashadigan nuqtaga yetganda, ular qatlamdagi faol katalitik joylarga yopishadi. Ruteniy{2}}iridiy MMO qatlamining ruteniy dioksidi (RuO₂) qismi reaksiyalarni katalizlashda juda yaxshi, chunki u Cl⁻ oksidlanish jarayonini boshlash uchun zarur bo'lgan energiyani kamaytiradi. Iridiy dioksidi (IrO₂) uzoq muddatli oksidlanish davrida qoplamani barqaror ushlab turadi va hech qanday foydali xlor hosil qilmasdan tokni sarflaydigan raqobatdosh kislorod evolyutsiya reaktsiyasini (OER) to'xtatadi.
Journal of The Electrochemical Society jurnalida o‘tkazilgan tadqiqot shuni ko‘rsatadiki, RuO₂ va IrO₂ aralash oksidi qoplamalari sho‘r suvda qayta-qayta elektrolizlanganda joriy samaradorligi va qoplama barqarorligi jihatidan bir-komponentli oksidli qatlamlardan yaxshiroq ishlaydi.
Qoplama tarkibi selektivlikni qanday shakllantiradi
Muvaffaqiyatni o'lchash usullaridan biri xlor evolyutsiyasining selektivligini ko'rib chiqishdir, bu O₂ o'rniga Cl₂ ga oqadigan oqim miqdori. Harorat va oqim zichligiga qarab, yaxshi tayyorlangan MMO-titaniumli anodli tayoqkonsentrlangan sho'r suvda xlor oqimining samaradorligi 85-95% dan yuqori bo'lishi mumkin. Bu yuqori tanlov xato emas. Ruteniyning iridiygacha bo'lgan miqdori, qoplamaning qalinligi va sirtning shakli Cl⁻ adsorbsiyasini suv oksidlanishidan ko'ra ko'proq qilish uchun birgalikda ishlaydi. Yuqori unumdorlik-MMO anod standart mahsulotdan juda farq qiladi, chunki u ushbu parametrlarni optimallashtiradi.
MMO titanium anod tayoqlari sho'r suvda xlor evolyutsiyasini qanday rag'batlantiradi
Aralashtirilgan metall oksidlarining qoplamalari xloridga boy bo'lgan eritma bilan bevosita reaksiyaga kirishadigan juda ko'p zichlikka ega sirt hosil qiladi. Oksid panjarasida birlik maydonda juda ko'p faol joylar mavjud bo'lib, bu xlorid ionlari va elektrod o'rtasida zaryad o'tkazish bosqichini tezlashtiradi.
Elektrokimyoviy impedans spektroskopiyasi tadqiqotlari shuni ko'rsatdiki, MMO bilan qoplangan titan elektrodlari bir xil sho'r suvda ishlatilsa, qoplanmagan yoki grafitdan yasalgan elektrodlarga qaraganda ancha past zaryad o'tkazuvchanligiga ega.
Okeandagi ifloslanishga qarshi yoki sanoat aylanma suvni tozalash kabi-sho‘rligi yuqori bo‘lgan holatlarda, MMO titan anodli tayog‘i boshqa materiallarning ishlashini to‘xtatuvchi sirt ifloslanishi yoki oksidi passivatsiyasisiz xlor miqdorini doimiy ushlab turadi.
Termik parchalangan MMO qoplamalari g'ovakli yoriq{0}}loy morfologiyasiga ega bo'lgani uchun haqiqiy faol sirt maydoni yanada ko'tariladi. Bu elektrodni kattalashtirmasdan katalitik o'tkazuvchanlikni oshiradi.
Titan anodli rodning sirt faolligi va natriy gipoxlorit ishlab chiqarish
Yuzaki faollik va hosil bo'lgan natriy gipoxlorit miqdori bevosita bog'liq. Agar sirt faolligi yuqori bo'lsa, u holda maydon birligiga vaqt birligida ko'proq xlorid ionlari oksidlanadi. Bu shuni anglatadiki, ko'proq Cl₂ eritmada eriydi va dezinfeksiya qilish uchun ko'proq HOCl/OCl⁻ bor. Eng qiyin muhandislik vazifasi bu harakatni minglab soatlar davomida davom ettirishdir.
Bu muammo katalitik oksidlarni bir kontaktda to'plash o'rniga bir necha qatlamlar bo'ylab tarqaladigan gradient kompozit qoplama texnologiyasi bilan hal qilinadi. Ichki qatlamlar bir-biriga yopishadi va stressni engillashtiradi, tashqi qatlamlar esa katalitik ishni bajaradi. Ushbu tuzilma xlorid{2}}bo'lgan passivatsiyaning titan asosiga yetib borishiga imkon beruvchi delaminatsiya va mikro yoriqlar tarqalishini to'xtatadi.
Substrat passivlashganda, hujayradagi zaryad tezda ko'tariladi, energiya sarfi oshadi va xlor chiqishi kamayadi. Agar siz qursangiz atitaniumli anodli tayoqto'g'ri, bu tarzda buzilmaydi va uzoq vaqt davomida yuqori sirt faolligini saqlab qoladi.
Titan anodli rod elektrolizda barqaror xlor ishlab chiqarishni qanday qo'llab-quvvatlaydi
Maksimal qobiliyat qanchalik muhim bo'lsa, bu izchillikdir. Kommunal oqava suvlarni tozalash inshootlari va hovuzlarni toza saqlash tizimlari doimo ishlaydi. Chiqarilgan xlor miqdoridagi har qanday o'zgarish uning qanchalik yaxshi dezinfektsiyalanishiga va qoidalarga qanchalik rioya qilishiga ta'sir qiladi.
Xlor ishlab chiqarish tezligi doimiy elektroliz uchun mo'ljallangan titan anodli novda bilan barqaror bo'lib qoladi.- Bu past va barqaror hujayra kuchlanishini, yuqori qoplama yopishqoqligini va bazaning korroziyaga chidamliligini aralashtirish orqali amalga oshiriladi.
Titanning tabiiy oksidi qatlami (TiO₂) xloridga boy muhitda{0}} korroziyaga juda chidamli. Biroq, bu oksidli qatlam MMO qoplamasi ostida juda ko'p o'sadigan bo'lsa, muammoga aylanishi mumkin, bu passivatsiya deb ataladi.
Oldindan ishlov berish, masalan, sirtni silliqlash, sirtni qo'pollashtirish va oraliq biriktiruvchi qatlamlar, qoplamaning substrat bilan uchrashadigan joyida TiO₂ o'sishini to'xtatadi. Yakuniy natija uzoq yillar davom etgan foydalanishdan keyin ham hujayra kuchlanishini tor diapazonda ushlab turadigan elektrod majmuasidir. Bu birlik energiya sarfini har bir kilogramm xlor uchun 3,2–3,8 kVt/soat darajasida ushlab turadi.
Xulosa
Xlorning evolyutsiyasi jarayoni oson ko'rinadi, ammo buni amalga oshirish juda qiyin. yuzasidatitaniumli anodli tayoq, barcha ishlash o'zgaruvchilari birlashadi. Bularga haddan tashqari potentsial, oqim samaradorligi, qoplamaning chidamliligi va substrat barqarorligi kiradi. Ushbu reaksiya qanday ishlashini aniqlash, nima uchun ehtiyotkorlik bilan ishlab chiqilgan MMO qoplamali titandan shahar suvini tozalash, suzish havzasini dezinfeksiya qilish, sanoat aylanma suvi va dengiz suvini ifloslanishga qarshi tozalashda foydalanish uchun elektrolitik natriy gipoxlorit qilishning yagona usuli ekanligini aniqroq qiladi.
TSS
1.Xlor evolyutsiyasi dasturlarida titan anodli novdani grafit yoki zanglamaydigan po'latdan yasalgan elektroddan ko'ra mustahkamroq qiladigan narsa nima?
+
-
Titan xloridga boy, oksidlovchi muhitda-grafit yoki zanglamaydigan po'latdan ko'ra korroziyaga ancha chidamli. Anodik oksidlanish jarayonida grafit parchalanadi va elektrolitni ifloslantiradi. Faol xlor ta'sirida zanglamaydigan po'lat juda tez zanglaydi. Titan strukturani mustahkam ushlab turadi va MMO qatlami katalitik sirtni ta'minlaydi. Bu elektrodga boshqariladigan sharoitlarda 8-10 yil to'xtovsiz ishlash imkonini beradi.
2.Oqim zichligi MMO titanium anod rodining ishlashiga qanday ta'sir qiladi?
+
-
Juda ko'p oqim zichligi qoplamaning aşınmasını tezlashtiradi va hujayraning haroratini oshiradi, bu kislorod evolyutsiyasi tomon selektivlikni o'zgartiradi va xlor oqimining samaradorligini pasaytiradi. Ko'pgina MMO titan anodli novdalar ma'lum oqim zichligi diapazonlari uchun - odatda 200–500 A/m² sho'r suv elektrolizi - uchun tasdiqlangan va bu diapazonda qolish qoplamani himoya qiladi va xlor chiqishini barqaror ushlab turadi.
3.Titan anodli novdani sho'rligi past suv tozalash tizimlarida ishlatish mumkinmi?
+
-
Xlorid kontsentratsiyasining pasayishi bilan reaksiya kislorod evolyutsiyasi bilan raqobatbardosh bo'ladi, bu esa xlor evolyutsiyasini samarasiz qiladi. Yaxshi{1}}sozlangan rutenium-iridium MMO qoplamasi esa, sof rutenium yoki standart oksidli qoplamalarga qaraganda kamroq xlorid miqdorida ishlashi mumkin. Ichimlik suvi yoki past tuz miqdori bilan foydalanish uchun to'g'ri qoplama retsepti bilan birga elektrod shakli va oqim zichligiga o'zgartirishlar kiritish kerak.
Yuqori samarali{0}}titanium anod novdasini olishga tayyormisiz? NAVI Titanium bilan gaplashing
NAVI Titanium Metal Technology Co., Ltd kompaniyasi ruteniy{2}}iridiy bilan qoplangan elektrodlarni yaratadi va ishlab chiqaradi, ular yuqori-tuzli, kuchli-oksidlovchi, doimiy elektroliz muhitida kuniga 24 soat ishlashga mo‘ljallangan. bag'ishlangan sifatidatitaniumli anodli tayoqyetkazib beruvchi NAVI Titanium 8–10 yil xizmat qiladigan va 3,2 kVt/kg foydalanish mumkin bo‘lgan xlor kabi kam energiya sarflaydigan elektrodlar yaratish uchun gradient qoplama texnologiyasi, yuqori{0}}tozalikdagi substrat modifikatsiyasi va interfeys katalizini optimallashtirishdan foydalanadi. Loyihaga 50 g/soat tezlikka bardosh beradigan kichik birlik kerakmi yoki 5000 g/soat quvvatga ega bo‘lgan katta tizim kerakmi, NAVI Titanium buni amalga oshirish uchun ko‘nikma va qobiliyatga ega. Bugun murojaat qiling va muhandislik guruhiga tizimingiz uchun to'g'ri elektrod yechimini yaratishga ruxsat bering.
Aloqa:sales@navititanium.com.
Ma'lumotnomalar
1. Trasatti, S. (1987). Kislorod va xlorning anodik evolyutsiyasidagi elektrokataliz. Electrochimica Acta, 32 (3), 369-382.
2. Consonni, V., Trasatti, S., Pollak, F., & O'Grady, WE (1987). Oksidli anodlarda xlor evolyutsiyasi mexanizmi: pH ta'sirini o'rganish. Elektroanalitik kimyo va fazalararo elektrokimyo jurnali, 228(1–2), 393–406.
3. Pivo, HB (1980). Metall anodlarning ixtirosi va sanoat rivojlanishi. Elektrokimyoviy jamiyat jurnali, 127(8), 303C–307C.
4. Karlsson, RKB, & Cornell, A. (2016). Xlor{7}}ishqor va xlorat jarayonlarida kislorod va xlorning evolyutsiyasi o'rtasidagi selektivlik. Kimyoviy sharhlar, 116(5), 2982–3028.
5. Vahima, VV, Dekanski, AB, Miskovic-Stankovic, VB, & Nikolic, BZ (2005). Xlorning evolyutsiya reaktsiyasi uchun titan ustidagi ruO₂/TiO₂ qoplamalarining-gel{13}}tayyorlangan sol{12}}elektrokatalitik faolligi. Qattiq jism elektrokimyosi jurnali, 9(9), 614–619.
6. Moradi, F. va Dehghanian, C. (2014). RuO₂ + TiO₂ qoplangan anodlarga IrO₂ qo'shilishi va uning xlor{6}}ishqoriy membrana hujayralaridagi anodlarning elektrokimyoviy ishlashiga ta'siri. Tabiiy fanlar bo'yicha taraqqiyot: Materiallar xalqaro, 24(2), 134–141.
