次亜塩素酸ナトリウム生成装置用チタン陽極棒: 電気分解の仕組み

塩水がチタン陽極ロッドと陰極アセンブリを備えた電解槽に入ると、最初に次亜塩素酸ナトリウムが生成されます。このシステムに直流電流が流れると、塩化物イオンは正に帯電したアノード表面に向かって移動します。この時点で、電極は複雑な一連の電子移動反応を通じて塩化物イオンを塩素ガスに変えるのに役立ちます。陰極では水分子が同時に還元され、水素ガスと水酸化物イオンが生成されます。これらの反応生成物はすぐに水と反応して、主要な消毒剤である次亜塩素酸ナトリウムを生成します。

チタンは永続的な酸化層により、幅広い pH 範囲にわたって耐食性を備えています。{0}アノードがオンの場合、チタンベースは強い塩化物溶液には溶解しません。チタンはバルブ金属として、大きな電圧変動に耐えることができます。電気では腐食しません。安定性は触媒コーティングに強固な基盤を提供します。適切に製造されたチタン陽極棒は、激しい酸化の下でも何年もその形状を維持します。チタンは形状を保持するため、ワイヤー間の距離は変わりません。これにより、セルの寿命全体にわたって電流がスムーズに流れ続けます。

アノード表面での多くの反応により、塩化物イオンが塩素ガスに変換されます。電解液の塩化物イオンは、最初に混合金属酸化物層の活性領域に付着します。これらの領域は通常、酸素ギャップまたはオープン配位の金属中心です。結合後、塩化物は 2 電子酸化を受けて塩素ガスを放出し、活性部位を再構築します。活性サイトの数、塩化物、過電圧が使用されるかどうかによって、この反応がどれだけ早く起こるかが決まります。

のチタン陽極棒 他の反応を開始することなく塩素を発生させるために、高い過電圧を維持する必要があります。電圧が高すぎると、水の酸化により酸素が発生し、エネルギーが浪費され、塩素の生成が減少します。コーティングの化学的特徴により、塩素生成の最速電圧範囲が決まります。酸化ルテニウムは塩素生成過電圧が低いため、低酸素電圧に適しています。-これらの酸化物材料の電気構造は、塩化物イオンが電子を伝達し、化学中間体を安定化するのに役立ちます。

チタン陽極棒からの次亜塩素酸ナトリウムの生成を最大化するには、いくつかの要因を管理する必要があります。供給溶液の塩は通常、1 リットルあたり 3 ～ 30 グラムです。塩濃度が高いと流体の導電性が高くなりますが、コーティングの摩耗が早くなります。温度は反応速度とコーティングの安定性に影響します。摂氏 25 度から 40 度の間では、ほとんどのシステムが動作します。電流密度-アノード表面 1 平方メートルあたりのアンペア数-によって生産速度が決まります。ただし、コーティングを保護するには電流密度を制限する必要があります。電流密度が高すぎると領域が加熱され、コーティングの劣化が促進されます。

アノード表面付近の pH はバルク溶液とは大きく異なります。塩素の発生によるプロトンにより、コーティングの隣接領域が酸性になります。{1}この領域の酸性度は、流体が中性または弱アルカリ性であっても、pH 2 未満に低下する可能性があります。コーティングは、この過酷な雰囲気下での溶解に耐え、塩素の発生を促進する必要があります。電極表面上の溶液の流れによりプロトンが除去され、塩化物イオンが追加され、pH が低下します。適切に設計された油圧装置では、焦点の違いによって反応が遅くなったり、錆が発生したりすることはありません。-

結晶構造はイリジウムおよび酸化ルテニウムの触媒特性を決定します。二酸化ルテニウムのルチル結晶構造により、電解液に結晶面が見えます。一部の結晶面は、原子の配置と電気的特性により塩素をよりよく生成します。コーティング中の熱処理により、結晶相、粒子サイズ、配向性、傷の数が変化します。高度な仕上げ方法は、最適な結果を得るためにこれらの要素を変更します。熱膨張および熱収縮時の機械的安定性には、酸化物粒子を結合する必要があります。酸化物粒子は、チタン基材からコーティング表面までの連続した電気経路を提供する必要があります。

混合金属酸化物層とチタンベースとの間には、かなりの脆弱性が生じる。非導電性酸化チタン層が電流を妨げるため、コーティングが剥がれると電極はすぐに故障します。コーティングを長期的に接着するには、入念な表面処理が必要です。-不純物を除去するために、加熱したシュウ酸またはその他の化学薬品を使用してチタンを粗面化します。粗面化により、結合を妨げる自然酸化層が除去されるため、コーティングと基材が機械的にかみ合います。

わずかな被覆層の欠陥でも基板の不動態化を引き起こし、電極の性能を低下させる可能性があります。裸のチタンは電気を通さない酸化物に変わるため、電解質は小さな穴や亀裂を通って流れることができません。活動領域では電流が蓄積し、局所的な電流密度が増加し、自己強化故障プロセスを通じて摩耗が発生します。-使用中に電解質が電極を通過するのを防ぐために、コーティングは厚く、孔がほとんどない必要があります。

品質管理では、製造中に加速寿命試験を使用して、コーティングの安定性を確保します。現場条件を模倣または超える試験溶液は、電流密度が高い場合にサンプル電極を分極させます。電圧監視により、セル電圧が電気抵抗を増加させるため、コーティングが摩耗していることがわかります。検査結果を顕微鏡で調べると間違いが明らかになり、手順が改善されます。高性能チタン陽極棒は数千時間の加速試験を通じて電圧を維持するため、このフィールドは通常の設定で 8 年以上耐えられると予測されています。{4}}この寿命の延長により電極を交換する必要がなくなり、次亜塩素酸ナトリウム製造の経済性が変わります。

電極アセンブリ全体には、チタン製陽極ロッド、電気接続、取り付け金具、およびシール部品が含まれます。電圧降下やエネルギーの無駄を避けるために、チタンベースを電力網に接続するには慎重な計画が不可欠です。銅はチタンよりも電気をよく伝えます。したがって、ロッドの露出部分には大きな接続ポイントまたは導電性コーティングが必要です。多くの設計には、チタン-から-銅への移行部品が組み込まれており、外部電源への低抵抗経路を提供し、腐食を防ぎます。{5}

電解槽の電極入口ポートを密閉することで、ワイヤの接触を可能にしながら漏れを防ぎます。シールは塩素、次亜塩素酸ナトリウム、高温に長年耐える必要があります。適切なセル設計では、最適なアノード-カソード距離が維持されます。セルの間隔は、電気と電流の分布に影響を与えます。ギャップが広いと、より多くの電力と抵抗が必要になります。隙間が小さいと、サイズの変化や固体の堆積により短絡が発生する可能性があります。ほとんどの次亜塩素酸ナトリウム生成セルのワイヤ間隔は 3 ～ 8 ミリメートルです。チタンアノードロッドは寸法的に安定しています。したがって、材料が腐食したり変形したりする場合のように、時間の経過とともにギャップが縮小することはありません。

安全性を向上させ、化学薬品のコストを削減するために、より多くの大規模な地方自治体の水処理施設が独自の次亜塩素酸ナトリウムを製造しています。これらのプラントでは毎日数百万リットルの水を処理するため、1 時間あたり 50 ～ 5,000 グラムを超える塩素を生成できる発生装置が必要です。のチタン陽極棒これらのシステムのユニットは、濃縮塩素製品の移送や保管による安全上のリスクを伴うことなく、継続的に消毒を行います。清掃は公衆衛生を保護するため、自治体での使用には信頼性が必要です。

都市部では、水質の変化により電極が効果を失います。源水の組成の季節変動は、導電率、温度、および汚染化合物に影響を与えます。強力なチタン陽極の設計は、あまり調整せずに適応できます。作業者は、電流を変更して生産量を変更することで、消毒剤の出力をリアルタイムの需要に合わせることができます。-これにより、追加の代替手段が提供され、廃棄物が削減され、輸送システムに適切な塩素が確保されます。チタン-ベースの電極は、大都市の過酷な条件でも優れた性能を発揮するため、この重要なインフラストラクチャでは標準となっています。

工場で次亜塩素酸ナトリウムを生産すると、冷却塔、プロセス水システム、排水流における細菌の増殖が防止されます。これらのシナリオでは、公共水処理よりも塩化物レベルが高く、化学物質の強度が高くなります。チタンの防錆能力は、多くの汚染物質を含む汽水、海水、または工業廃水を洗浄する場合に非常に重要です。{2}}チタン陽極棒は、通常の電極に損傷を与える過酷な環境に耐えることができます。

抗菌剤を正確に投与することで、高価な熱交換器を腐食させることなく、冷却水システム内のバイオフィルムの成長を防ぎます。オンサイト生産では、最適なバランスを実現するための投与量を選択できます。-次亜塩素酸ナトリウムには、pH を調整したりスケールを生成したりするために酸や安定剤が追加されることはありません。産業経営者は、できるだけ多くの化学物質を保管する必要がなく、単一の供給源に依存する必要がないことを望んでいます。遠隔設置では、化学物質の供給物流とは独立して運用を維持できるオンサイト発電のメリットが得られます。-チタン電極技術は信頼性と柔軟性が高く、多くの業界で役に立ちます。電気を生成したり、石油化学製品を処理したり、食品を製造したりできます。