Radne karakteristike i primjena anoda s titanskom matricom
Titan i njegove legure imaju izvrsnu otpornost na koroziju, dobra elektrokatalitička svojstva, visoku mehaničku čvrstoću, dug životni vijek i druge prednosti. Titanijske anode koje koriste titan kao supstrat naširoko se koriste u industriji elektrolize. Pogledajmo primjenu anoda na bazi titana u raznim industrijama.
1. Klor-alkalna industrija
U klor-alkalnoj industriji, kako se reakcija elektrolize nastavlja u elektrolizeru s ionskom membranom, zbog promjenjivog i složenog okruženja anodne komore, elektrolizer će nastaviti proizvoditi otrovne i štetne tvari Cl2, CI, CIO. Kako temperatura (85C) raste, prisutnost ovih tvari će pogoršati koroziju ploče titanijske anode. Kruženje plina i tekućine u anodnoj komori također će ozbiljno ogrebati elektrodu i titansku ploču. Nakon što ionska membrana pukne, otopina katode (kisela, alkalna) će teći u komoru anode, uzrokujući ozbiljnu koroziju titanske ploče, a zatim uzrokujući curenje i perforaciju elektrolizera. Prema morfologiji korozije ionskih spremnika, može se vidjeti da se ona uglavnom javlja u vodljivim premazima, separatorima plina i tekućine, titanskim pločama i drugim mjestima. Stoga je pitanje kako razviti elektrolizer s ionskom membranom vrlo otporan na koroziju postalo glavni prioritet.
Anodna komora ionskog spremnika uglavnom koristi ploče od titana jer je cijena metala titana u metalnim materijalima mnogo niža od cijene metala nikla. Iako smanjuje troškove, proizvodi iste koristi. Osiguravanje sigurne i pouzdane proizvodnje te zelene zaštite okoliša ključ je osiguravanja kvalitete i kvantitete u industrijskoj proizvodnji. Metalni titan i njegove legure imaju izvrsnu otpornost na koroziju, snažnu sposobnost pasivizacije, lako se oblikuju stabilan pasivacijski film, ometaju prijenos elektrona i pružaju jamstva u produljenju životnog vijeka opreme, sprječavanju curenja, poboljšanju učinkovitosti proizvodnje, uštedi energije i zaštiti okoliša.
2. Pročišćavanje otpadnih voda
Proučavanjem pročišćavanja otpadnih voda utvrđeno je da se biološkim procesima teško pročišćavaju otpadne vode. Glavni problemi su dug ciklus obrade, niska stopa uklanjanja boje i teška razgradnja. Elektrokemijska metoda dobila je široku pozornost. Ima sljedeće prednosti:
1) Funkcionalna raznolikost, odnosno tekućine i otpad mogu se obraditi izravnom ili neizravnom oksidacijom organskih spojeva, redukcijom metala i elektrotaloženjem.
2) Proces obrade je jednostavan i može se završiti jednostavnim unosom kontrolnih parametara struje i napona.
3) Visoka primjenjivost, ne treba dodavati reagense, a može se izvršiti samo ionskom izmjenom.
Na bazi titana ima visoku stabilnost anodne korozije i izvrsna fizikalna i kemijska svojstva. U pročišćavanju otpadnih voda, metalni titan se u osnovi koristi kao matrica, odnosno titanska anoda dimenzijske stabilnosti, koja može pospješiti smanjenje ukupnih fenolnih spojeva, TOC-a, apsorbancije i toksičnosti. U isto vrijeme, ima prednosti velike specifične površine, jake katalitičke sposobnosti, niskih gubitaka i velike stabilnosti u uvjetima korozije. Ima široku primjenu u području pročišćavanja otpadnih voda.
3. Metalurška industrija
Tradicionalne elektrode od olovne legure imaju visoke prenapone. Materijali obloženi oksidom (OCA) mogu smanjiti napon akumulatora i poboljšati čistoću katoda od legura olova, pa se naširoko koriste kao elektrode u metalurškoj industriji. Međutim, zbog korozije tijekom procesa elektrolize, proizvod se lako kontaminira olovom, a prisutnost visokih klorida ograničit će upotrebu olovnih anoda. Izdavanjem direktiva o očuvanju energije, zaštiti okoliša i neutralnosti ugljika u mojoj zemlji, plemeniti metali kao što su platina, zlato, paladij i grafitne elektrode od legura olova postupno se eliminiraju kao materijali za elektrode.
Kao što je istraživanje pokazalo, Ti, Si-C, Al i Pb mogu se koristiti kao anode. Ti, kojeg nazivaju "aluminijem 21. stoljeća", ima izvrsna sveobuhvatna svojstva, poput niske gustoće, otpornosti na koroziju i visoke biokompatibilnosti. To je najčešće korištena anodna (OCA, DSA) podloga. Anode na bazi titana imaju prednosti niske cijene, visoke čvrstoće, niske potrošnje energije, stabilne i učinkovite reakcije elektrolitičke elektrode i sve se više koriste u stvarnoj proizvodnji.
4. Industrija galvanizacije
Razlog zašto se titanske anode nazivaju dimenzionalno stabilnim anodama (DSA) je taj što imaju bolju otpornost na koroziju od olovnih anoda i grafitnih elektroda i nije lako reagirati s elektrolitičkim otopinama tijekom procesa elektrolize da bi se promijenila njihova veličina i oblik. Ova anoda može zadovoljiti potrebe različitih industrijskih aplikacija za galvanizaciju, kao što su: ekstrakcija metala cinkom, kobaltom, niklom, bakrom, kiselo bakrenje za proizvodnju bakrene folije, tiskane ploče (PCB), uravnotežene anode, trovalentna galvanizacija kroma, itd.
U industriji galvanizacije, titanijske anode općenito se sastoje od dva dijela: metalne podloge od titana i aktivne oksidacijske prevlake. Općenito govoreći, osnovni metal mora imati jednu nosivost struje, kao što je titan (Ti), tantal (Ta), cirkonij (Zr), niobij (Nb), itd. Posljednja tri su skupa, složena za obradu i nemaju uporabna vrijednost. Stoga se Ti ističe svojim jednostavnim proizvodnim procesom, dobrom otpornošću na koroziju, visokom mehaničkom čvrstoćom i niskim prenaponom, postavši najčešće korištena elektrodna metalna matrica. Titanska anoda je također ekološki prihvatljiv materijal koji štedi resurse i ispunjava zahtjeve trenutnih nacionalnih politika.
Ukratko, titanska anoda naširoko se koristi u gore navedenim industrijama, a stvarna proizvodnja i primjena su na vodećoj poziciji u trenutnoj industriji. Titanska anoda ima izvrsnu otpornost na koroziju, dobru elektrokatalitičku aktivnost, visoku učinkovitost, može se prilagoditi različitim složenim i promjenjivim radnim okruženjima, nisku cijenu, štedi resurse, vijek trajanja do 5-10 godina i ne zagađuje okoliš.
