鈦電極是以鈦為基體,通過表面改性處理制備而成的電極材料。鈦?zhàn)鳛橐环N具有高比強(qiáng)度、良好耐腐蝕性的金屬,為電極提供了穩(wěn)定的機(jī)械支撐。在電極制備過程中,通常會(huì)在鈦基體表面涂覆一層或多層具有電催化活性的物質(zhì),如金屬氧化物、貴金屬等。這些活性涂層能夠明顯改變電極的電化學(xué)性能,使其具備特定的電催化功能,從而在不同的電化學(xué)過程中發(fā)揮作用。例如,在氯堿工業(yè)中,鈦電極的使用大幅提高了電解效率和產(chǎn)品質(zhì)量,推動(dòng)了行業(yè)的發(fā)展。鈦電極的出現(xiàn),為眾多需要高效、穩(wěn)定電極材料的領(lǐng)域提供了新的解決方案。
鈦電極突出的特性之一便是明顯的耐腐蝕性。鈦在空氣中極易與氧結(jié)合,形成一層致密且穩(wěn)定的氧化膜,這層氧化膜能有效阻止鈦基體進(jìn)一步被腐蝕。在多種強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中,如鹽酸、硫酸、硝酸等,普通金屬電極可能迅速被腐蝕破壞,而鈦電極憑借其表面的氧化膜,能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。即使在高濃度、高溫的腐蝕性溶液中,鈦電極依然能保持良好的物理和化學(xué)性能。例如,在濕法冶金領(lǐng)域,鈦電極可用于處理含大量酸、堿和重金屬離子的溶液,其耐腐蝕性使得電極壽命大幅延長(zhǎng),減少了設(shè)備維護(hù)和更換成本,提高了生產(chǎn)效率。北京電極除硬系統(tǒng)電極技術(shù)適用于高溫循環(huán)水。
鈦電極具有良好的穩(wěn)定性,包括化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。在長(zhǎng)期的電化學(xué)過程中,其表面的活性涂層不易發(fā)生脫落、溶解或結(jié)構(gòu)變化,能夠保持穩(wěn)定的電催化性能。同時(shí),鈦基體的度和良好的韌性,使得電極在受到機(jī)械振動(dòng)、熱應(yīng)力等外界因素影響時(shí),依然能夠保持結(jié)構(gòu)完整。例如,在電解水制氫設(shè)備中,鈦電極需要在連續(xù)的電解過程中保持穩(wěn)定的工作狀態(tài),其化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性確保了設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,減少了因電極性能下降而導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)維護(hù)次數(shù)。
氯離子對(duì)電極氧化的影響主要體現(xiàn)在:①競(jìng)爭(zhēng)吸附破壞鈍化膜(Cl?與O2?競(jìng)爭(zhēng)金屬表面位點(diǎn));②形成可溶性金屬氯配合物(如FeCl?);③形成酸性微環(huán)境。當(dāng)Cl?濃度超過300mg/L時(shí),316不銹鋼的點(diǎn)蝕電位會(huì)從+0.35V驟降至+0.05V。值得注意的是,Cl?/SO?2?比值超過0.5時(shí),協(xié)同效應(yīng)會(huì)明顯加劇腐蝕,這解釋了為何海水冷卻系統(tǒng)需要特種合金電極。
硫酸鹽還原菌(SRB)等微生物可通過獨(dú)特機(jī)制加速電極氧化:①分泌酸性代謝物;②形成差異通氣電池;③直接參與電子轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)SRB存在時(shí),碳鋼腐蝕速率可達(dá)無菌環(huán)境的5-10倍。更復(fù)雜的是,微生物生物膜會(huì)導(dǎo)致電極表面pH梯度變化,某些區(qū)域pH可低至2-3,這種微區(qū)酸化現(xiàn)象常規(guī)探頭難以檢測(cè),需借助微電極陣列進(jìn)行空間分辨測(cè)量。 電化學(xué)-生物耦合工藝COD負(fù)荷提升至3kg/(m3·d)。
污染土壤淋洗液常含高濃度重金屬和有機(jī)污染物(如PAHs),電極氧化還原反應(yīng)可以協(xié)同去除兩類污染物。以Pb-芘復(fù)合污染淋洗液為例,Ti/PbO?陽極降解芘的同時(shí),陰極還原Pb2?為Pb?實(shí)現(xiàn)回收。關(guān)鍵參數(shù)為淋洗劑選擇(檸檬酸優(yōu)于EDTA,避免絡(luò)合競(jìng)爭(zhēng))和pH控制(酸性條件利于重金屬還原)。技術(shù)瓶頸在于土壤淋洗液的高顆粒物含量易堵塞電極,需前置過濾或采用旋轉(zhuǎn)陰極設(shè)計(jì)?,F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)顯示,處理成本比焚燒法降低50%以上,且無二次污染風(fēng)險(xiǎn)。電化學(xué)系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單方便。吉林吸收塔電極
循環(huán)水電化學(xué)處理設(shè)備緊湊。吉林吸收塔電極設(shè)備
高鹽循環(huán)水易導(dǎo)致設(shè)備腐蝕和結(jié)垢,電化學(xué)離子交換(EDI)技術(shù)結(jié)合離子交換樹脂與直流電場(chǎng),可連續(xù)脫除Ca2?、Mg2?和Cl?等離子。以填充混床樹脂的電滲析模塊為例,在15 V電壓下,硬度離子去除率>90%,產(chǎn)水電阻率可達(dá)5 MΩ·cm。相比傳統(tǒng)離子交換,EDI無需酸堿再生,且自動(dòng)化程度高。設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括:①樹脂選擇(強(qiáng)酸/強(qiáng)堿型);②隔板流道優(yōu)化(防堵塞);③極水循環(huán)(防結(jié)垢)。某電子廠超純水系統(tǒng)中,EDI使再生廢水排放量減少95%,運(yùn)行成本降低30%。吉林吸收塔電極設(shè)備