Titaanmaatriksanoodide jõudlusnäitajad ja rakendused
Titaanil ja selle sulamitel on suurepärane korrosioonikindlus, head elektrokatalüütilised omadused, kõrge mehaaniline tugevus, pikk kasutusiga ja muud eelised. Titaananoode, mis kasutavad substraadina titaani, kasutatakse elektrolüüsitööstuses laialdaselt. Vaatame titaanil põhinevate anoodide kasutamist erinevates tööstusharudes.
1. Kloor-leelisetööstus
Kloor-leelisetööstuses, kuna elektrolüüsi reaktsioon jätkub ioonmembraani elektrolüsaatoris, jätkab elektrolüsaator anoodikambri muutuva ja keeruka keskkonna tõttu mürgiste ja kahjulike ainete Cl2, CI, CIO tootmist. Kui temperatuur (85C) tõuseb, süvendab nende ainete olemasolu titaananoodi plaadi korrosiooni. Gaasi-vedeliku ringlus anoodikambris hõõrub tugevalt ka elektroodi ja titaanplaati. Kui ioonmembraan puruneb, voolab katoodilahus (happeline, aluseline) anoodikambrisse, põhjustades titaanplaadi tugevat korrosiooni ning seejärel elektrolüsaatori lekke ja perforatsiooni. Ioonpaagi korrosiooni morfoloogia järgi on näha, et see esineb peamiselt juhtivates kattekihtides, gaasi-vedelike separaatorites, titaanplaatides ja muudes kohtades. Seetõttu on ülimalt korrosioonikindla ioonmembraaniga elektrolüsaatori väljatöötamine muutunud peamiseks prioriteediks.
Ioonpaagi anoodikambris kasutatakse valdavalt titaanplaate, kuna titaanmetalli hind metallmaterjalides on tunduvalt madalam kui nikkelmetalli oma. Kulusid vähendades toob see sama kasu. Ohutu ja usaldusväärse tootmise tagamine ning roheline keskkonnakaitse on tööstusliku tootmise kvaliteedi ja kvantiteedi tagamise võti. Titaanmetallil ja selle sulamitel on suurepärane korrosioonikindlus, tugev passiveerimisvõime, lihtne moodustada stabiilne passiveerimiskile, takistada elektronide ülekannet ja tagada seadmete kasutusea pikendamine, lekke vältimine, tootmise efektiivsuse parandamine, energiasäästlikkus ja keskkonnakaitse.
2. Reoveepuhastus
Reoveepuhastuse uurimisel selgus, et bioloogilisi protsesse on raske reovee puhastada. Peamised probleemid on pikk ravitsükkel, madal värvi eemaldamise määr ja raske lagunemine. Elektrokeemiline meetod on pälvinud laialdast tähelepanu. Sellel on järgmised eelised:
1) Funktsionaalset mitmekesisust, st vedelikke ja jäätmeid saab töödelda orgaaniliste ühendite otsese või kaudse oksüdeerimise, metalli redutseerimise ja elektrosadestamise teel.
2) Töötlemisprotsess on lihtne ja selle saab lõpule viia lihtsalt voolu ja pinge juhtimisparameetrite sisestamisega.
3) Kõrge kasutatavus, reaktiive pole vaja lisada ja seda saab täita ainult ioonivahetusega.
Titaani baasil on kõrge anoodkorrosioonikindlus ning suurepärased füüsikalised ja keemilised omadused. Reoveepuhastuses kasutatakse põhiliselt maatriksina titaanmetalli, st mõõtmete stabiilsusega titaananoodi, mis võib soodustada fenoolsete ühendite, TOC, neeldumise ja toksilisuse vähenemist. Samal ajal on selle eeliseks suur eripind, tugev katalüütiline võime, väike kadu ja tugev stabiilsus korrosioonitingimustes. Seda on laialdaselt kasutatud reoveepuhastuse valdkonnas.
3. Metallurgiatööstus
Traditsioonilistel pliisulamist elektroodidel on kõrge ülepotentsiaal. Oksiidkattega materjalid (OCA-d) võivad vähendada aku pinget ja parandada pliisulamist katoodide puhtust, mistõttu kasutatakse neid metallurgiatööstuses elektroodidena laialdaselt. Kuid elektrolüüsi käigus tekkiva korrosiooni tõttu on toode pliiga kergesti saastunud ja kõrge kloriidisisaldus piirab pliianoodide kasutamist. Kuna minu riigis on välja antud energiasäästu, keskkonnakaitse ja süsinikuneutraalsuse direktiivid, kaotatakse järk-järgult väärismetallid, nagu plaatina, kuld, pallaadium ja pliisulamist grafiitelektroodid elektroodimaterjalidena.
Nagu uuringud on leidnud, saab anoodidena kasutada Ti, Si-C, Al ja Pb. Ti, mida nimetatakse "21. sajandi alumiiniumiks", on suurepärased kõikehõlmavad omadused, nagu madal tihedus, korrosioonikindlus ja kõrge biosobivus. See on kõige sagedamini kasutatav anoodi (OCA, DSA) substraat. Titaanipõhiste anoodide eelisteks on madal hind, kõrge tugevus, madal energiatarve, stabiilne ja tõhus elektrolüütiline elektroodreaktsioon ning neid kasutatakse üha enam tegelikus tootmises.
4. Galvaneerimistööstus
Põhjus, miks titaananoode nimetatakse dimensioonistabiilseteks anoodideks (DSA) on see, et neil on parem korrosioonikindlus kui pliianoodidel ja grafiitelektroodidel ning neid ei ole elektrolüüsiprotsessi käigus lihtne elektrolüütiliste lahustega reageerida, et muuta nende suurust ja kuju. See anood võib rahuldada erinevate tööstuslike galvaniseerimisrakenduste vajadusi, näiteks: metalli tsingi, koobalti, nikli, vase galvaniseerimine, happeline vaskplaat vaskfooliumi tootmiseks, trükkplaadid (PCB), tasakaalustatud anoodid, kroomi kolmevalentne galvaniseerimine, jne.
Galvaneerimistööstuses koosnevad titaananoodid üldiselt kahest osast: titaanmetallist substraadist ja aktiivsest oksüdatsioonikattest. Üldiselt peab mitteväärismetallil olema üks voolukandevõime, nagu titaan (Ti), tantaal (Ta), tsirkoonium (Zr), nioobium (Nb) jne. Viimased kolm on kallid, neid on keeruline töödelda ja neil puudub igasugune voolutugevus. kasutusväärtus. Seetõttu paistab Ti silma oma lihtsa tootmisprotsessi, hea korrosioonikindluse, kõrge mehaanilise tugevuse ja madala ülepotentsiaaliga, muutudes kõige sagedamini kasutatavaks elektroodide metallmaatriksiks. Titaananood on ka ressursse säästev ja keskkonnasõbralik materjal, mis vastab kehtivate riiklike poliitikate nõuetele.
Kokkuvõtteks võib öelda, et titaananoodi kasutatakse laialdaselt ülaltoodud tööstusharudes ning tegelik tootmine ja rakendamine on praeguses tööstuses juhtival positsioonil. Titaananoodil on suurepärane korrosioonikindlus, hea elektrokatalüütiline aktiivsus, kõrge kasutegur, kohanemine erinevate keeruliste ja muutuvate töökeskkondadega, madal hind, ressursisäästlikkus, kasutusiga kuni 5-10 aastat ega saasta keskkonda.
