Електрохемиска оксидација

Во поширока смисла, електрохемиската оксидација се однесува на целиот процес на електрохемија, кој вклучува директни или индиректни електрохемиски реакции што се случуваат на електродата врз основа на принципите на оксидациско-редукциските реакции. Овие реакции имаат за цел да ги намалат или отстранат загадувачите од отпадните води.

Тесно дефинирана, електрохемиската оксидација конкретно се однесува на анодниот процес. Во овој процес, органски раствор или суспензија се внесува во електролитска ќелија, и преку примена на еднонасочна струја, електроните се извлекуваат на анодата, што доведува до оксидација на органски соединенија. Алтернативно, нисковалентните метали можат да се оксидираат до високовалентни метални јони на анодата, кои потоа учествуваат во оксидацијата на органските соединенија. Типично, одредени функционални групи во органските соединенија покажуваат електрохемиска активност. Под влијание на електрично поле, структурата на овие функционални групи претрпува промени, менувајќи ги хемиските својства на органските соединенија, намалувајќи ја нивната токсичност и подобрувајќи ја нивната биоразградливост.

Електрохемиската оксидација може да се категоризира во два вида: директна оксидација и индиректна оксидација. Директната оксидација (директна електролиза) вклучува директно отстранување на загадувачите од отпадните води со нивно оксидирање на електродата. Овој процес вклучува и анодни и катодни процеси. Анодниот процес вклучува оксидација на загадувачите на површината на анодата, претворајќи ги во помалку токсични супстанции или супстанции кои се повеќе биоразградливи, со што се намалуваат или елиминираат загадувачите. Катодниот процес вклучува намалување на загадувачите на површината на катодата и првенствено се користи за намалување и отстранување на халогенирани јаглеводороди и обновување на тешки метали.

Катодниот процес може да се нарече и електрохемиска редукција. Тој вклучува пренос на електрони за да се редуцираат јоните на тешки метали како што се Cr6+ и Hg2+ во нивните пониски оксидациски состојби. Дополнително, може да ги редуцира хлорираните органски соединенија, трансформирајќи ги во помалку токсични или нетоксични супстанции, со што на крајот се подобрува нивната биоразградливост:

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

Индиректната оксидација (индиректна електролиза) вклучува употреба на електрохемиски генерирани оксидирачки или редукциски агенси како реактанти или катализатори за претворање на загадувачите во помалку токсични супстанции. Индиректната електролиза може понатаму да се класифицира во реверзибилни и неповратни процеси. Реверзибилните процеси (посредувана електрохемиска оксидација) вклучуваат регенерација и рециклирање на редокс видови за време на електрохемискиот процес. Од друга страна, неповратните процеси користат супстанции генерирани од неповратни електрохемиски реакции, како што се силни оксидирачки агенси како Cl2, хлорати, хипохлорити, H2O2 и O3, за оксидирање на органски соединенија. Неповратните процеси исто така можат да генерираат високо оксидативни меѓупроизводи, вклучувајќи солвирани електрони, ·HO радикали, ·HO2 радикали (хидропероксилни радикали) и ·O2- радикали (супероксидни анјони), кои можат да се користат за разградување и елиминирање на загадувачи како што се цијанид, феноли, COD (хемиска побарувачка за кислород) и S2- јони, трансформирајќи ги во безопасни супстанции.

Во случај на директна анодна оксидација, ниските концентрации на реактанти можат да ја ограничат електрохемиската површинска реакција поради ограничувањата на преносот на маса, додека ова ограничување не постои за процесите на индиректна оксидација. За време на процесите на директна и индиректна оксидација, може да се појават странични реакции што вклучуваат генерирање на гас H2 или O2, но овие странични реакции може да се контролираат преку избор на материјали за електроди и контрола на потенцијалот.

Електрохемиската оксидација е докажано ефикасна за третман на отпадни води со високи органски концентрации, комплексни состави, мноштво огноотпорни супстанции и висока обоеност. Со користење на аноди со електрохемиска активност, оваа технологија може ефикасно да генерира високо оксидативни хидроксилни радикали. Овој процес води до разградување на перзистентни органски загадувачи во нетоксични, биоразградливи супстанции и нивна целосна минерализација во соединенија како јаглерод диоксид или карбонати.