ویژگی های عملکرد و کاربرد آندهای ماتریس تیتانیوم

تیتانیوم و آلیاژهای آن دارای مقاومت در برابر خوردگی عالی، خواص الکتروکاتالیستی خوب، استحکام مکانیکی بالا، عمر طولانی و مزایای دیگر هستند. آند تیتانیوم با استفاده از تیتانیوم به عنوان بستر به طور گسترده در صنعت الکترولیز استفاده می شود. بیایید نگاهی به کاربرد آندهای تیتانیوم در صنایع مختلف بیندازیم.

1. صنعت کلر قلیایی
در صنعت کلر قلیایی، با ادامه واکنش الکترولیز در الکترولیز غشای یونی، به دلیل محیط متغیر و پیچیده محفظه آند، الکترولیز به تولید مواد سمی و مضر Cl2، CI، CIO ادامه خواهد داد. با افزایش دما (85 درجه سانتیگراد)، وجود این مواد باعث تشدید خوردگی صفحه آند تیتانیوم می شود. گردش گاز-مایع در محفظه آند نیز به شدت الکترود و صفحه تیتانیوم را تمیز می کند. هنگامی که غشای یونی شکسته می شود، محلول کاتد (اسیدی، قلیایی) به داخل محفظه آند می ریزد و باعث خوردگی شدید صفحه تیتانیوم می شود و سپس باعث نشت و سوراخ شدن الکترولیز می شود. با توجه به مورفولوژی خوردگی مخزن یونی، می توان مشاهده کرد که عمدتاً در پوشش های رسانا، جداکننده های گاز-مایع، صفحات تیتانیوم و جاهای دیگر رخ می دهد. بنابراین، چگونگی ایجاد یک الکترولیز غشایی یونی بسیار مقاوم در برابر خوردگی به یک اولویت تبدیل شده است.

محفظه آند مخزن یونی بیشتر از صفحات تیتانیوم استفاده می کند زیرا قیمت فلز تیتانیوم در مواد فلزی بسیار کمتر از فلز نیکل است. در حالی که هزینه ها را کاهش می دهد، مزایای مشابهی را به همراه دارد. تضمین تولید ایمن و قابل اعتماد و حفاظت از محیط زیست سبز، کلید تضمین کیفیت و کمیت در تولید صنعتی است. فلز تیتانیوم و آلیاژهای آن دارای مقاومت در برابر خوردگی عالی، توانایی غیرفعال شدن قوی، تشکیل فیلم غیرفعال پایدار آسان، جلوگیری از انتقال الکترون و تضمین افزایش عمر تجهیزات، جلوگیری از نشت، بهبود راندمان تولید، صرفه جویی در انرژی و حفاظت از محیط زیست هستند.

2. تصفیه فاضلاب
از طریق مطالعه تصفیه فاضلاب، مشخص شد که فرآیندهای بیولوژیکی برای تصفیه فاضلاب دشوار است. مشکلات اصلی چرخه زمانی طولانی درمان، سرعت حذف کم رنگ و تخریب دشوار است. روش الکتروشیمیایی مورد توجه گسترده قرار گرفته است. دارای مزایای زیر است:

1) تنوع عملکردی، یعنی مایعات و ضایعات را می توان با اکسیداسیون مستقیم یا غیرمستقیم ترکیبات آلی، کاهش فلز و رسوب الکتریکی تصفیه کرد.

2) فرآیند تصفیه ساده است و می توان آن را به سادگی با وارد کردن پارامترهای کنترل جریان و ولتاژ تکمیل کرد.

3) کاربرد بالا، نیازی به افزودن معرف نیست و تنها با تبادل یونی می توان آن را تکمیل کرد.
بر پایه تیتانیوم دارای ثبات خوردگی آندی بالا و خواص فیزیکی و شیمیایی عالی است. در تصفیه فاضلاب، فلز تیتانیوم اساساً به عنوان ماتریس استفاده می‌شود، یعنی آند تیتانیوم پایداری ابعادی، که می‌تواند باعث کاهش کل ترکیبات فنلی، TOC، جذب و سمیت شود. در عین حال، دارای مزایای سطح ویژه بزرگ، توانایی کاتالیزوری قوی، تلفات کم و پایداری قوی در شرایط خوردگی است. به طور گسترده ای در زمینه تصفیه فاضلاب استفاده می شود.

3. صنعت متالورژی
الکترودهای آلیاژی سرب سنتی دارای مازاد پتانسیل بالایی هستند. مواد پوشش داده شده با اکسید (OCAs) می توانند ولتاژ باتری را کاهش دهند و خلوص کاتدهای آلیاژ سرب را بهبود بخشند، بنابراین به طور گسترده ای به عنوان الکترود در صنعت متالورژی استفاده می شوند. با این حال، به دلیل خوردگی در طول فرآیند الکترولیز، محصول به راحتی توسط سرب آلوده می شود و وجود کلرید بالا استفاده از آندهای سرب را محدود می کند. با صدور دستورالعمل های حفظ انرژی، حفاظت از محیط زیست و بی طرفی کربن در کشور من، فلزات گرانبها مانند پلاتین، طلا، پالادیوم و الکترودهای گرافیت آلیاژ سرب به عنوان مواد الکترود به تدریج حذف می شوند.

همانطور که تحقیقات نشان داده است، Ti، Si-C، Al و Pb همگی می توانند به عنوان آند استفاده شوند. Ti که به آن "آلومینیوم قرن بیست و یکم" می گویند، دارای خواص جامع عالی مانند چگالی کم، مقاومت در برابر خوردگی و زیست سازگاری بالا است. این متداول ترین بستر آند (OCA، DSA) است. آندهای مبتنی بر تیتانیوم دارای مزایای کم هزینه، استحکام بالا، مصرف انرژی کم، واکنش الکترود الکترولیتی پایدار و کارآمد هستند و به طور فزاینده ای در تولید واقعی استفاده می شوند.

4. صنعت آبکاری
دلیل اینکه آندهای تیتانیوم را آندهای پایدار ابعادی (DSA) می نامند این است که مقاومت در برابر خوردگی بهتری نسبت به آندهای سربی و الکترودهای گرافیتی دارند و واکنش آنها با محلول های الکترولیتی در طول فرآیند الکترولیز برای تغییر اندازه و شکل آنها آسان نیست. این آند می تواند نیازهای کاربردهای مختلف صنعتی آبکاری مانند: استخراج آبکاری فلزات روی، کبالت، نیکل، مس، آبکاری مس اسیدی برای تولید فویل مس، برد مدار چاپی (PCB)، آند متعادل، آبکاری سه ظرفیتی کروم، و غیره

در صنعت آبکاری، آند تیتانیوم به طور کلی از دو بخش تشکیل شده است: بستر فلزی تیتانیوم و پوشش اکسیداسیون فعال. به طور کلی، فلز پایه باید دارای یک ظرفیت حمل جریان واحد باشد، مانند تیتانیوم (Ti)، تانتالم (Ta)، زیرکونیوم (Zr)، نیوبیم (Nb) و غیره. ارزش استفاده بنابراین، Ti با فرآیند ساخت ساده، مقاومت در برابر خوردگی خوب، استحکام مکانیکی بالا و پتانسیل اضافی کم متمایز می شود و به متداول ترین ماتریس فلزی الکترود تبدیل می شود. آند تیتانیوم همچنین یک ماده صرفه جویی در منابع و سبز دوست است که الزامات سیاست های ملی فعلی را برآورده می کند.

به طور خلاصه، آند تیتانیوم به طور گسترده در صنایع فوق استفاده می شود و تولید و کاربرد واقعی در جایگاه پیشرو در صنعت فعلی قرار دارد. آند تیتانیوم دارای مقاومت در برابر خوردگی عالی، فعالیت الکتروکاتالیستی خوب، راندمان بالا، سازگاری با محیط های کاری مختلف پیچیده و متغیر، قیمت پایین، صرفه جویی در منابع، عمر مفید تا 5-10 سال و بدون آلودگی برای محیط زیست است.