Титановый анод для устойчивой дезинфекции плавательных бассейнов

Бассейны нуждаются в постоянной и надежной очистке воды. Если у вас есть общественный плавательный бассейн или частный бассейн с морской водой, эффективность вашей системы дезинфекции существенно влияет на безопасность ваших купальников и ваши текущие расходы. Тонким компонентом санитарии бассейнов сегодня являетсятитановый анодный стержень, высокопроизводительный электрод, обеспечивающий производство хлора на месте без риска хранения сыпучих химикатов.

В этой статье мы рассмотрим роль титановых анодных стержней в системах бассейнового электролиза, почему они лучше традиционных электродных материалов и на что следует обращать внимание при выборе одного из них для вашего конкретного применения.

Бассейны с соленой водой не уменьшают содержание хлора, его производят на месте с помощью электролиза. Когда разбавленный раствор хлорида натрия пропускают через электролизер, электрический ток разделяет молекулы соли. На анодной стороне реакции образуется газообразный хлор, который мгновенно растворяется в воде в виде хлорноватистой кислоты (HOCl), активного дезинфицирующего средства.

титановый анодный стерженьявляется сутью этой техники. Он проводит анодный ток реакции выделения хлора (ClER). Реакция протекает в сильно окислительной, насыщенной солями атмосфере; поэтому материал электрода должен быть устойчив к агрессивному химическому воздействию и обеспечивать стабильную электрохимическую мощность в течение тысяч часов работы.

Почему титан является основным материалом?

Промышленный чистый титан (класс 1 TA1 или класс 2 TA2) является подходящей подложкой для электродов для бассейнового электролиза. Титан образует пассивную оксидную пленку в естественной среде, которая предотвращает коррозию металла в хлорированном рассоле. Однако то же самое действие пассивации, когда титан не покрыт, со временем приводит к увеличению электрического сопротивления. И именно поэтому поверхность покрыта каталитическим покрытием.

Подложка изготовлена ​​из высококачественного титана и покрыта слоем оксида драгоценного металла, часто составом рутений-иридий (Ru-Ir) или иридий-тантал (IrO₂-Ta₂O₅) в NAVI Titanium. Толщина покрытия обычно составляет от 2 до 15 микрон.

Толщина достаточно мала, чтобы быть экономически эффективной, и достаточно плотная, чтобы обеспечить устойчивую активность выделения хлора в широком диапазоне плотности тока: от 10–50 А/м2 до 2000–5000 А/м2 .

Электрохимическая реакция на поверхности анода.

Окисление хлорид-ионов (Cl⁻) на поверхности анода протекает следующим образом: 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻ Растворенный хлор затем соединяется с водой с образованием хлорноватистой кислоты и ионов гипохлорита – обоих мощных дезинфицирующих средств. Конструкция этих стержней называется ММО-анодом (анод из смешанного оксида металла). Это снижает перенапряжение для этой реакции, а это означает, что меньше энергии теряется на выделение тепла и больше используется для продуктивного производства хлора. Измеренное сопротивление ячейки может составлять всего < 0,02 Ом. Это немедленно приводит к снижению затрат электроэнергии на протяжении всего срока службы бассейна.

Производство гипохлорита натрия на месте быстро растет на рынках муниципальных бассейнов, аквапарков и аквапарков отелей. Вместо покупки, перевозки и хранения жидкого хлора или газообразного хлора, которые имеют нормативные ограничения и ограничения по безопасности, операторы пропускают солевой раствор через электролизер и закачивают полученный гипохлорит прямо в контур бассейна.

Соображения масштаба и емкости

Системы электролиза в бассейнах варьируются от крошечных машин, производящих 50 г/ч доступного хлора для небольших жилых бассейнов, до генераторов промышленного размера, производящих 5000 г/ч и более для крупных общественных объектов. Указанный титановый анодный стержень должен соответствовать необходимой токовой нагрузке и производственной мощности. Рутений-иридиевые титановые аноды NAVI Titanium предназначены для охвата всего этого диапазона операций, обеспечивая производительность от 50 г/ч до 5000 г/ч возможного производства хлора без ущерба для стабильности электрода.

Почему графит, нержавеющая сталь и свинец не могут заменить титан?

Графитовые аноды легко разрушаются в хлорированных электролитах, образуя частицы углерода, загрязняющие воду. Аноды из нержавеющей стали пассивируются во время анодной поляризации, но могут быть подвержены точечной коррозии под действием ионов хлорида. Аноды из диоксида свинца исторически использовались в некоторых промышленных электрохимических процессах, но они вызывают опасения по поводу загрязнения тяжелыми металлами, что неприемлемо для рекреационной воды.

В соленых условиях железо и медь являются анодными, растворяются, обесцвечивают поверхности бассейна и изменяют химический состав воды.

Покрытие из смешанного оксида металла титана устраняет все эти механизмы отказа. Подложка не меняет размеров, покрытие сохраняет свою каталитическую активность, в поток воды не выделяются опасные побочные продукты. Именно эта комбинация привела к тому, что анодная технология ММО стала доминирующей архитектурой электродов в секторах хлорщелочной и водоочистки, при этом уровень внедрения только хлорщелочной технологии составляет более 70%.

Бассейны не дезинфицируются в пакетном режиме. Купальщицы по-прежнему оставляют органические вещества, что требует реагирования системы дезинфекции в реальном времени. Поэтому реакция выделения хлора на поверхностититановый анодный стерженьдолжен сохранять стабильную производительность при условии непрерывной работы в течение 24 ч без снижения электрохимических характеристик.

Технология градиентного покрытия и адгезия покрытия

Давней проблемой в производстве электродов является расслоение покрытия, т.е. отделение слоя оксида драгоценного металла на микромасштабе от титановой подложки. Расслоение ускоряется как в результате циклического нагревания, так и при механическом воздействии, что приводит к преждевременной потере эксплуатационных характеристик. NAVI Titanium решает эту проблему с помощью технологии многослойного градиентного покрытия для снятия напряжений, при которой состав постепенно меняется от поверхности раздела подложки к внешней каталитической поверхности. Внутреннее напряжение распределяется по многим слоям, а не концентрируется на одном контакте, тем самым сводя к минимуму образование микротрещин и проникновение ионов хлорида в подложку.

Предотвращение пассивации подложки

Основной причиной неожиданного скачка напряжения и потери емкости бассейновых электролизеров является пассивация подложки, которая представляет собой нежелательное образование непроводящего слоя TiO2 на границе раздела металл-покрытие. NAVI Titanium использует передовой метод предварительной обработки, который изменяет поверхность титана на микроструктурном уровне перед нанесением покрытия, улучшая механическое сцепление и электрохимическую связь между подложкой и слоем смешанного оксида металла. В результате получается стабильный электрод, который сохранит свой профиль выходной мощности в течение срока службы от 8 до 10 лет при регулируемых рабочих параметрах.

Не каждый бассейн работает в одинаковых условиях. Соленость, температура воды, плотность тока и потребность в хлоре зависят от типа применения, и для обеспечения надежной работы электрод должен соответствовать этим параметрам.

Выбор химического состава покрытия

Рутений-иридиевые покрытия демонстрируют превосходную селективность по выделению хлора, т.е. большая часть анодного тока используется для синтеза Cl 2 , а не для конкурирующего процесса выделения кислорода. Покрытия IrO2-Ta2O5 обеспечивают альтернативный компромисс с более длительным сроком службы в приложениях с низкой соленостью или переменным током. Платиновые покрытия подходят для специализированных применений, где необходимы чрезвычайно высокая чистота и устойчивость к органическим загрязнениям. NAVI Titanium имеет все три формулы, а также специальный химический состав покрытия, созданный с учетом условий обработки оператора.

Геометрия стержня и площадь поверхности

Активная площадь поверхности для электролиза определяется геометрической формой электрода, т.е. цилиндрическим стержнем, плоской пластиной, расширенной сеткой или трубчатой ​​конструкцией.

Большая площадь поверхности означает меньшую локальную плотность тока, что означает более длительный срок службы покрытия и лучшую эффективность производства хлора. Для систем бассейнов с заданной геометрией электролитической ячейки NAVI Titanium может производить стержни по чертежам заказчика в определенных размерах для идеальной подгонки и электрических характеристик.

Долговечность службы бассейнового электролиза зависит от трех взаимодействующих факторов: качества подложки, целостности покрытия и эксплуатационной совместимости. Удочка, которая превосходит все три параметра, обеспечивает низкую совокупную стоимость владения, к которой стремятся операторы бассейнов.

Энергоэффективность и эксплуатационные расходы

Энергопотребление устройства является одним из наиболее важных критериев непрерывной дезинфекции бассейна. Технология оптимизации интерфейсного катализа NAVI Titanium снижает напряжение элемента, повышает активность выделения хлора и сохраняет производственную мощность в течение всего срока службы электрода. Это соответствует удельному расходу энергии 3,2–3,8 кВтч/кг доступного хлора, что снижает эксплуатационные затраты системы на 10–25 % по сравнению со стандартными конструкциями электродов. Большая экономия энергии делает первоначальные инвестиции в качествотитановый анодный стерженьвесьма привлекательным в течение многолетнего операционного цикла.

Срок службы и влияние на техническое обслуживание

Частая замена электродов — одна из крупнейших скрытых затрат при очистке воды в бассейне. Каждая замена предполагает простой, трудозатраты и закупку новых компонентов.

Титановый анодный стержень с проверенным сроком службы 8–10 лет в контролируемых условиях значительно снижает частоту замены, амортизируя затраты на полный цикл в течение более длительного периода эксплуатации. Стержни NAVI Titanium перед отправкой проходят строгую электрохимическую проверку работоспособности, что дает клиентам уверенность в их долгосрочной надежности.

Титановый анодный стержень является сердцем любой локальной системы производства хлора для дезинфекции плавательных бассейнов. Только этот электрод может противостоять реакции выделения хлора в агрессивных электролитах с высокой соленостью, не загрязняя воду и не быстро разрушаясь, что делает его единственным возможным долгосрочным вариантом. Производительность и срок службы системы дезинфекции определяются выбором правильного химического состава покрытия, качеством основания и геометрическим расположением стержня для конкретных условий вашего бассейна.

NAVI Titanium занимается разработкой прецизионных электрохимических компонентов с 2008 года, обслуживая дезинфекцию бассейнов, очистку сточных вод, системы PEM и хлор-щелочную промышленность по всему миру. Как преданныйтитановый анодный стерженьПоставщик, компания NAVI Titanium, поставляет аноды с покрытием из рутения-иридия и IrO₂-Ta₂O₅, предназначенные для непрерывного производства хлора с высокими требованиями. Каждый стержень обладает преимуществами передовой технологии градиентного покрытия, тщательной предварительной обработки основания и строгой проверки качества, что обеспечивает вашей системе бассейна необходимую надежность в течение 8–10 лет эксплуатации с минимальными эксплуатационными расходами. Доступны индивидуальные спецификации, бесплатные образцы для стандартных конфигураций и индивидуальная техническая поддержка.

Свяжитесь с командой инженеров NAVI Titanium по адресуsales@navititanium.comчтобы обсудить ваши требования к электролизу в бассейне и получить индивидуальные рекомендации по продукту.

1. Трасатти, С. (1987). Электрокатализ при анодном выделении кислорода и хлора. Электрохимика Акта, 32(3), 369–382.

2. Карлссон, РКБ, и Корнелл, А. (2016). Селективность выделения кислорода и хлора в хлорщелочных и хлоратных процессах. Химические обзоры, 116(5), 2982–3028.

3. Комнинеллис К. и Верчези ГП (1991). Характеристика кислородвыделяющих электродов типа ДСА: выбор покрытия. Журнал прикладной электрохимии, 21 (4), 335–345.

4. Мартинес-Уитле, Калифорния, и Ферро, С. (2006). Электрохимическое окисление органических загрязнителей при очистке сточных вод: прямые и косвенные процессы. Обзоры химического общества, 35(12), 1324–1340.

5. Зераджанин А.Р., Мензель Н., Шуман В. и Штрассер П. (2012). О фарадеевской селективности и роли поверхностной неоднородности в реакции выделения хлора на тройных смешанных металлоксидных электрокатализаторах Ti–Ru–Ir. Физическая химия, химическая физика, 16(27), 13741–13747.

6. Всемирная организация здравоохранения. (2006). Руководство по безопасной рекреационной водной среде, Том 2: Плавательные бассейны и подобные среды. Пресса ВОЗ, Женева.