میله آند تیتانیوم برای ضد عفونی پایدار استخر

استخرهای شنا نیاز به تصفیه آب ثابت و قابل اعتماد دارند. اگر صاحب یک مرکز شنای عمومی یا یک استخر خصوصی آب شور هستید، اثربخشی سیستم ضد عفونی شما به طور قابل توجهی بر ایمنی لباس شنا و هزینه های دویدن شما تأثیر می گذارد. یکی از اجزای ظریف در سرویس بهداشتی استخر امروزی استمیله آند تیتانیوم، یک الکترود با کارایی بالا که تولید کلر در محل را بدون خطر ذخیره مواد شیمیایی فله فراهم می کند.

در این مقاله به نقش میله‌های آند تیتانیوم در سیستم‌های الکترولیز استخر می‌پردازیم، چرا آنها بهتر از مواد الکترود سنتی هستند و هنگام انتخاب یکی برای کاربرد خاص خود به چه نکاتی توجه کنید.

استخرهای آب شور کلر را کاهش نمی دهند، آنها آن را در محل با استفاده از الکترولیز تولید می کنند. هنگامی که محلول رقیق کلرید سدیم از یک سلول الکترولیتی عبور می کند، جریان الکتریکی مولکول های نمک را تقسیم می کند. طرف آند واکنش گاز کلر ایجاد می کند که فوراً به عنوان اسید هیپوکلرو (HOCl)، ماده ضدعفونی کننده فعال، در آب حل می شود.

رامیله آند تیتانیوممحور این تکنیک است. جریان آندی واکنش تکامل کلر (ClER) را هدایت می کند. واکنش در یک اتمسفر به شدت اکسید کننده و اشباع از نمک انجام می شود. بنابراین مواد الکترود باید در برابر حمله شیمیایی سخت مقاوم باشد و خروجی الکتروشیمیایی ثابتی را برای هزاران ساعت کار ارائه دهد.

چرا تیتانیوم ماده اولیه است؟

تیتانیوم خالص صنعتی (گرید 1 TA1 یا درجه 2 TA2) بستر مناسبی برای الکترودهای الکترولیز استخر است. تیتانیوم یک فیلم اکسید غیرفعال در محیط طبیعی ایجاد می کند که از خوردگی فلز در آب نمک کلردار جلوگیری می کند. با این حال، همان عمل غیرفعال کردن، زمانی که تیتانیوم خالی است، همچنین منجر به افزایش مقاومت الکتریکی در طول زمان می شود. و به همین دلیل است که سطح با یک پوشش کاتالیزوری پوشیده شده است.

این بستر از تیتانیوم با کیفیت بالا تولید شده و با یک لایه اکسید فلز گرانبها، اغلب یک فرمول روتنیم-ایریدیم (Ru-Ir) یا ایریدیوم-تانتالوم (IrO2-Ta2O5) در NAVI Titanium پوشیده شده است. ضخامت پوشش به طور معمول از 2 تا 15 میکرون است.

ضخامت آن به اندازه ای کوچک است که مقرون به صرفه باشد و به اندازه کافی متراکم است که فعالیت ثابتی را برای تکامل کلر در محدوده وسیعی از چگالی جریان، 10-50A/m2 و حداکثر 2000-5000 A/m ارائه دهد2 .

واکنش الکتروشیمیایی در سطح آند

اکسیداسیون یونهای کلرید (Cl-) در سطح آند به صورت زیر انجام می شود: 2Cl-→ Cl2 + 2e- سپس کلر محلول با آب ترکیب می شود و یون های هیپوکلرو اسید و هیپوکلریت - هر دو ضد عفونی کننده قوی هستند. ساختار این میله ها را آند mmo (آند اکسید فلزی مخلوط) می نامند. این باعث کاهش پتانسیل بیش از حد این واکنش می شود، به این معنی که انرژی کمتری در تولید گرما از دست می رود و بیشتر برای تولید کلر مولد استفاده می شود. مقاومت سلولی اندازه گیری شده ممکن است کمتر از 0.02 Ω باشد. این بلافاصله به کاهش هزینه های برق در طول عمر استخر تبدیل می شود.

تولید هیپوکلریت سدیم در محل به سرعت در بازارهای استخر شهری، پارک آبی و پارک آبی هتل در حال رشد است. اپراتورها به جای خرید، حمل و ذخیره کلر مایع یا گاز کلر، که دارای محدودیت های نظارتی و ایمنی هستند، یک محلول خوراک نمکی را از طریق الکترولایزر اجرا می کنند و هیپوکلریت حاصل را مستقیماً به مدار استخر پمپ می کنند.

ملاحظات مقیاس و ظرفیت

سیستم‌های الکترولیز استخر از ماشین‌های کوچکی که 50 گرم در ساعت کلر در دسترس برای استخرهای مسکونی کوچک تولید می‌کنند تا ژنراتورهای صنعتی که 5000 گرم در ساعت یا بیشتر برای تأسیسات عمومی عمده تولید می‌کنند، متفاوت است. میله آند تیتانیوم مشخص شده باید برای بار فعلی و ظرفیت تولید لازم مناسب باشد. آندهای تیتانیوم روتنیوم-ایریدیم تیتانیوم NAVI به گونه‌ای طراحی شده‌اند که طیف وسیعی از عملکرد را در بر می‌گیرد و پروژه‌هایی از 50 گرم در ساعت تا 5000 گرم در ساعت تولید کلر ممکن را بدون کاهش پایداری الکترود در بر می‌گیرد.

چرا گرافیت، فولاد ضد زنگ و سرب نمی توانند جایگزین تیتانیوم شوند؟

آندهای گرافیت به راحتی در الکترولیت های کلردار مورد حمله قرار می گیرند و ذرات کربنی تولید می کنند که آب را آلوده می کند. آندهای فولادی ضد زنگ در طی پلاریزاسیون آندی غیرفعال می شوند، اما ممکن است در برابر خوردگی حفره ای توسط یون های کلرید حساس باشند. آندهای دی اکسید سرب به طور تاریخی در فرآیندهای الکتروشیمیایی صنعتی خاصی به کار گرفته شده اند، اما نگرانی هایی را در مورد آلودگی فلزات سنگین ایجاد می کنند که در آب های تفریحی قابل قبول نیستند.

در شرایط شور، آهن و مس آندی هستند، در استخر حل می شوند و سطوح را تغییر رنگ داده و شیمی آب را تغییر می دهند.

پوشش اکسید فلزی مخلوط تیتانیوم تمام این مکانیسم های خرابی را حذف می کند. زیرلایه تغییر ابعاد نمی دهد، پوشش فعالیت کاتالیزوری خود را حفظ می کند و هیچ گونه محصولات جانبی خطرناکی در جریان آب منتشر نمی شود. این ترکیب است که منجر به آند mmo شده است که معماری الکترود غالب در بخش‌های کلر قلیایی و تصفیه آب با نرخ پذیرش بیش از 70 درصد برای کلر قلیایی به تنهایی است.

استخرها در عملیات دسته ای ضدعفونی نمی شوند. حمام‌کنندگان هنوز در حال رسوب‌گذاری بار ماده آلی هستند که نیاز به پاسخ زمان واقعی توسط سیستم ضد عفونی دارد. بنابراین، واکنش تکامل کلر در سطحمیله آند تیتانیومباید خروجی پایدار را تحت شرایط کار مداوم به مدت 24 ساعت بدون کاهش عملکرد الکتروشیمیایی حفظ کند.

فناوری پوشش گرادیان و چسبندگی پوشش

یک مشکل دیرینه در تولید الکترود، لایه لایه شدن پوشش است، یعنی جدا شدن لایه اکسید فلز گرانبها در مقیاس میکرو از بستر تیتانیوم. لایه لایه شدن با چرخه حرارتی و تنش مکانیکی تسریع می شود و منجر به از دست دادن زودرس عملکرد می شود. NAVI Titanium این مشکل را با تکنیک پوشش تنش‌زدایی گرادیان چند لایه که در آن ترکیب به تدریج از سطح مشترک بستر به سطح کاتالیزوری خارجی تغییر می‌کند، حل می‌کند. تنش داخلی به جای اینکه در یک تماس متمرکز شود در بسیاری از لایه ها توزیع می شود و در نتیجه تولید ریزترک ها و نفوذ یون های کلرید به زیرلایه را به حداقل می رساند.

پیشگیری از غیرفعال شدن بستر

دلیل اصلی افزایش غیرمنتظره ولتاژ و کاهش ظرفیت سلول های الکترولیز استخر، غیرفعال شدن بستر است، که تشکیل نامطلوب یک لایه TiO2 غیر رسانا در سطح مشترک بین فلز و پوشش است. NAVI Titanium از یک روش پیش تصفیه پیشرفته استفاده می کند که سطح تیتانیوم را در سطح ریزساختاری قبل از اعمال پوشش تغییر می دهد و اتصال مکانیکی و پیوند الکتروشیمیایی بین بستر و لایه اکسید فلزی مخلوط را افزایش می دهد. نتیجه یک الکترود پایدار است که مشخصات خروجی خود را برای یک عمر مفید 8 تا 10 سال تحت تنظیمات عملیات تنظیم شده حفظ می کند.

همه استخرها در شرایط یکسان عمل نمی کنند. شوری، دمای آب، چگالی جریان و نیاز به کلر همگی بر اساس نوع کاربرد متفاوت هستند و الکترود باید با این پارامترها مطابقت داشته باشد تا خدمات قابل اعتماد ارائه شود.

انتخاب شیمی پوشش

پوشش‌های روتنیوم-ایریدیوم گزینش‌پذیری عالی برای تکامل کلر را نشان می‌دهند، یعنی بخش عمده جریان آندی برای سنتز Cl 2 و نه برای فرآیند تکامل اکسیژن رقیب استفاده می‌شود. پوشش‌های IrO2-Ta2O5 جایگزینی جایگزین با طول عمر بیشتر در کاربردهای با شوری کم یا جریان متغیر فراهم می‌کنند. پوشش‌های پلاتین برای کاربردهای تخصصی که خلوص بسیار بالا و مقاومت در برابر رسوب‌های آلی مورد نیاز است، مناسب هستند. NAVI Titanium هر سه فرمول را دارد، بعلاوه شیمی پوشش خاصی که در ارتباط با شرایط پردازش اپراتور ایجاد شده است.

هندسه میله و مساحت سطح

سطح فعال برای الکترولیز توسط شکل هندسی الکترود، یعنی میله استوانه ای، صفحه صاف، شبکه منبسط شده یا آرایش لوله ای تعیین می شود.

سطح بزرگتر به معنای چگالی جریان کمتر به صورت محلی است که به معنای عمر پوشش بیشتر و راندمان تولید کلر بهتر است. برای سیستم های استخری با هندسه سلول الکترولیتی تنظیم شده، NAVI Titanium می تواند میله هایی را به نقشه های طراحی مشتری در ابعاد خاص برای تناسب کامل و عملکرد الکتریکی تولید کند.

طول عمر در خدمات الکترولیز استخر به سه عامل متقابل بستگی دارد: کیفیت بستر، یکپارچگی پوشش و سازگاری عملیاتی. میله ای که در هر سه مورد برتری دارد، هزینه کل مالکیت پایینی را که اپراتورهای استخر به دنبال آن هستند، ارائه می دهد.

بهره وری انرژی و هزینه عملیاتی

مصرف انرژی واحد یکی از مهمترین معیارها در ضدعفونی مداوم استخر می باشد. فناوری بهینه‌سازی کاتالیز رابط NAVI Titanium ولتاژ سلول را کاهش می‌دهد، فعالیت تکامل کلر را افزایش می‌دهد و ظرفیت تولید را برای کل طول عمر الکترود حفظ می‌کند. این مربوط به مصرف انرژی ویژه 3.2-3.8 کیلووات ساعت کیلوگرم-1 کلر قابل دسترس است که هزینه های عملیاتی سیستم را 10-25٪ در مقایسه با طرح های الکترود استاندارد کاهش می دهد. صرفه جویی در انرژی باعث سرمایه گذاری اولیه در کیفیت می شودمیله آند تیتانیومدر طول یک چرخه عملیاتی چند ساله بسیار جذاب است.

عمر سرویس و تاثیر نگهداری

تعویض مکرر الکترود یکی از بزرگترین هزینه های پنهان در تصفیه آب استخر است. هر جایگزینی شامل زمان خرابی، کار، و تهیه قطعات جدید است.

یک میله آند تیتانیوم با عمر مفید 8 تا 10 سال تحت شرایط کنترل شده فرکانس تعویض را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و هزینه تمام چرخه را در یک افق عملیاتی طولانی تر مستهلک می کند. میله های تیتانیوم NAVI قبل از حمل و نقل تحت بررسی دقیق عملکرد الکتروشیمیایی قرار می گیرند و به مشتریان اطمینان خاطر درازمدت خود را ارائه می دهند.

میله آند تیتانیوم قلب هر سیستم تولید کلر در محل برای ضدعفونی استخر است. فقط این الکترود می‌تواند واکنش تکامل کلر در الکترولیت‌های خورنده و با شوری بالا را بدون آلودگی آب یا خراب شدن سریع تحمل کند، و آن را به تنها گزینه‌ی درازمدت ممکن تبدیل می‌کند. عملکرد و طول عمر سیستم ضد عفونی با انتخاب شیمی پوشش صحیح، کیفیت بستر و آرایش هندسی میله برای شرایط خاص استخر شما تعیین می شود.

NAVI Titanium از سال 2008 مهندسی قطعات الکتروشیمیایی دقیق را انجام می دهد و در سراسر جهان به گندزدایی استخر، تصفیه فاضلاب، سیستم های PEM و صنایع کلر-قلیایی خدمات می دهد. به عنوان اختصاصیمیله آند تیتانیومتامین کننده، NAVI Titanium آندهای روتنیوم-ایریدیوم و IrO2-Ta2O5 پوشش داده شده را برای تولید مداوم کلر با تقاضای بالا ارائه می دهد. هر میله ای از فناوری پیشرفته پوشش گرادیان، پیش تصفیه زیرلایه تصفیه شده و تأیید کیفیت دقیق سود می برد - به سیستم استخر شما اطمینان لازم را برای 8 تا 10 سال عملیات کم تعمیر و نگهداری می دهد. مشخصات سفارشی، نمونه های رایگان برای تنظیمات استاندارد و پشتیبانی فنی یک به یک در دسترس هستند.

با تیم مهندسی NAVI Titanium تماس بگیریدsales@navititanium.comبرای بحث در مورد نیازهای الکترولیز استخر و دریافت یک توصیه محصول مناسب.

1. Trasatti، S. (1987). الکتروکاتالیز در تکامل آندی اکسیژن و کلر Electrochimica Acta، 32 (3)، 369-382.

2. کارلسون، RKB، و کورنل، A. (2016). گزینش پذیری بین تکامل اکسیژن و کلر در فرآیندهای کلر قلیایی و کلرات بررسی های شیمیایی، 116 (5)، 2982-3028.

3. Comninellis, C., & Vercesi, GP (1991). خصوصیات الکترودهای تکامل دهنده اکسیژن نوع DSA: انتخاب یک پوشش مجله الکتروشیمی کاربردی، 21 (4)، 335-345.

4. Martínez-Huitle, CA, & Ferro, S. (2006). اکسیداسیون الکتروشیمیایی آلاینده های آلی برای تصفیه فاضلاب: فرآیندهای مستقیم و غیر مستقیم بررسی های انجمن شیمی، 35 (12)، 1324-1340.

5. Zeradjanin, AR, Menzel, N., Schuhmann, W., & Strasser, P. (2012). در مورد گزینش پذیری فارادایی و نقش ناهمگنی سطح در طول واکنش تکامل کلر در الکتروکاتالیست‌های اکسید فلزی مخلوط سه تایی Ti-Ru-Ir. شیمی فیزیک فیزیک شیمی، 16(27)، 13741–13747.

6. سازمان بهداشت جهانی. (2006). رهنمودهایی برای محیط های آبی ایمن تفریحی، جلد 2: استخرها و محیط های مشابه. مطبوعات سازمان جهانی بهداشت، ژنو.