廃水処理用チタン陽極

生活排水、工業用水、工場廃水の処理過程において、チタン陽極は電流を伝導する役割だけでなく、有機物の酸化分解に対する触媒作用も果たします。この処理は汚染を引き起こさないため、グリーン水処理と呼ばれています。産業の発展に伴い、有機廃水の排出量は日々増加しています。特に、化学、食品、農薬、医薬品などの産業から排出される高濃度廃水は、彩度が高く毒性も強く、多くの生物難分解性成分を含み、河川、湖沼、海域を深刻に汚染しています。新しい電解水処理技術は、化学薬品の添加を必要とせず、設備が小型で、設置スペースも少なく、二次汚染も発生しません。炭化水素、アルコール、アルデヒド、エーテル、フェノールなどの有機物で汚染された廃水の処理に使用されています。CODの除去は、主に陽極表面での酸化反応に依存しています。下水中の有機物は陽極表面で直接酸化分解され、電気化学的変換により直接的または間接的に二酸化炭素と水に変換されます。陽極電位は有機物の分解電位よりも高くなければならないため、陽極上では有機物の酸化と酸素発生という2つの競合反応が起こります。

製品の形状

チタン陽極の形状には、メッシュ、プレート、チューブ、ロッドなどがあります。

チタン陽極の利点

1. 陽極のサイズは安定しており、電解プロセス中に電極間隔が変化しないため、安定したセル電圧下で電解操作を行うことができます。
2. 動作電圧が低く、消費電力が小さく、エネルギー消費を約20%削減できます。
3. チタン陽極は長寿命です。隔膜法による塩素製造業界では、コーティングされたチタン陽極は塩素やアルカリによる腐食に耐性があります。
4. グラファイト陽極や鉛陽極の溶解問題を克服し、電解質や陰極製品の汚染を防ぎ、製品の品質を向上させることができます。
5. 電流密度を高めることができます。例えば、隔膜法による塩素アルカリ製造において、グラファイト電極の電流密度は8A/dm²ですが、チタン陽極では17A/dm²まで倍増できます。このように、同じ電解工場と電解セルで、生産量を2倍にすることができます。
6. 耐食性が強く、腐食が強く特殊な要件のある多くの電解媒体で使用できます。
7. 鉛陽極の変形による短絡問題を回避し、電流効率を向上させます。
8. チタン基板は再利用できます。

廃水処理における応用

電解酸化

1. 電解酸化プロセス中、チタン陽極は酸素やその他の酸化物質を生成して有機物の酸化分解を促進し、水中の有害物質を分解します。
2. このプロセスは、特に産業廃水処理において、難分解性有機物の除去に広く使用されています。

電気触媒酸化（EC）

1. 電気触媒として、チタン陽極は酸化反応を加速することができ、特に水中の有毒物質や有害物質（重金属イオン、油、ベンゼンなど）の除去に重要な役割を果たします。
2. この技術は、石油化学、製薬、食品加工などの産業の廃水処理に広く使用されています。

消毒と滅菌

チタン陽極は電気分解により塩素（Cl₂）を生成し、強力な消毒・殺菌効果を発揮します。塩素は水中の細菌やバクテリアを効果的に殺菌するため、下水消毒処理にも広く利用されています。

電気透析

電気透析プロセスでは、チタン陽極が電極として水中のイオン交換プロセスに参加し、水中の塩分や汚染物質を除去して水質を改善するのに役立ちます。

チタン陽極の製造

1.チタン基板

チタン陽極は通常、純チタンまたはチタン合金（チタン-アルミニウム合金、チタン-モリブデン合金など）を基材として用います。これらの材料は、高い機械的強度と優れた耐食性を備えています。

2.コーティング材

1. チタン陽極の表面は、通常、イリジウム、プラチナ、ルテニウム、タンタルなどの貴金属コーティングでコーティングされています。これらのコーティングにより、陽極の触媒活性と電気伝導性が向上し、耐腐食性と耐用年数が向上します。
2. 現在、イリジウム - チタンアノード (Ir/Ti) とルテニウム - チタンアノード (Ru/Ti) は一般的なコーティング材料であり、アノードの電気化学的性能を大幅に向上させることができます。

3.表面処理

チタン陽極の表面処理は非常に重要です。通常、導電性と耐食性を向上させるために、窒化処理、酸化処理、またはコーティング処理が行われます。

廃水処理におけるチタン陽極の利点

1.長期耐久性

チタン陽極の耐久性は他の従来の材料をはるかに上回り、特に長期かつ高強度の電解反応プロセスに適しています。

2.メンテナンスコストが低い

1. チタン陽極は長期安定性と耐腐食性に優れているため、メンテナンスや交換の頻度が低く、長期運用におけるメンテナンスコストを削減できます。

3.治療効果の向上

チタン陽極は、電解反応の効率を効果的に向上させ、汚染物質の分解速度を加速し、処理時間を短縮し、エネルギー消費を低減します。

4. 環境への配慮

チタン陽極材料自体は環境に優しく、環境に二次汚染を引き起こさず、廃水処理における汚染物質の除去率を効果的に向上させ、グリーン環境保護の要件を満たします。

結論

廃水処理用チタン陽極は、現代の環境保護技術において重要な役割を果たしています。優れた耐食性、導電性、そして長期安定性を有するチタン陽極は、電気化学的廃水処理分野、特に電解酸化、触媒酸化、消毒、殺菌において広く利用されています。廃水処理技術の継続的な発展に伴い、チタン陽極は将来の廃水処理システムにおいてより重要な位置を占めるようになると考えられます。