Електрохемиска оксидација

Во широка 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 реакции на оксидација-редукција. 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 електролитичка ќелија, а преку примена на еднонасочна струја, електроните се извлекуваат на анодата, што доведува до оксидација на органските соединенија. Алтернативно, нисковалентните метали може да се оксидираат до високовалентни метални јони на анодата, кои потоа учествуваат во оксидацијата на органските соединенија. Вообичаено, одредени функционални групи во органските соединенија покажуваат електрохемиска активност. Под влијание на електричното поле, структурата на овие функционални групи претрпува промени, менувајќи ги хемиските својства на органските соединенија, намалувајќи ја нивната токсичност и зголемувајќи 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, а со тоа се намалуваат или елиминираат загадувачите. Катодниот процес вклучува намалување на загадувачите на површината на катодата и првенствено се користи за редукција и отстранување на халогени јаглеводороди и за обновување на тешки метали.

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

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

Индиректната оксидација (индиректна електролиза) вклучува употреба на електрохемиски генерирани оксидирачки или редукциони агенси како реактанти или катализатори за претворање на загадувачите во помалку токсични материи. Индиректната електролиза може дополнително да се класифицира на реверзибилни и неповратни процеси. Реверзибилните процеси (посредувана електрохемиска оксидација) вклучуваат регенерација и рециклирање на редокс видови за време на електрохемискиот процес. Иреверзибилните процеси, од друга страна, користат супстанции генерирани од неповратни електрохемиски реакции, како што се силни оксидирачки агенси како Cl2, хлорати, хипохлорити, H2O2 и O3, за оксидација на органски соединенија. Иреверзибилните процеси, исто така, можат да генерираат високо оксидативни посредници, вклучувајќи солватирани електрони, ·HO радикали, ·HO2 радикали (хидропероксилни радикали) и ·O2-радикали (супероксидни анјони), кои може да се користат за разградување и елиминирање на загадувачите како што се цијанид, феноли, COD (Chemical Oxygen Demand) и S2- јони, кои на крајот ги трансформираат во безопасни материи.

Во случај на директна анодна оксидација, ниските концентрации на реактантот може да ја ограничат електрохемиската површинска реакција поради ограничувањата на преносот на масата, додека ова ограничување не постои за индиректните процеси на оксидација. За време на директните и индиректните процеси на оксидација, може да се појават странични реакции кои вклучуваат генерирање на гас H2 или O2, но овие странични реакции може да се контролираат преку избор на материјали на електродата и контрола на потенцијалот.

Утврдено е дека електрохемиската оксидација е ефикасна за третман на отпадни води со високи органски концентрации, сложени состави, мноштво огноотпорни материи и висока боја. Со користење на аноди со електрохемиска активност, оваа технологија може ефикасно да генерира високо оксидативни хидроксилни радикали. Овој процес води до распаѓање на постојаните органски загадувачи во нетоксични, биоразградливи материи и нивна целосна минерализација во соединенија како јаглерод диоксид или карбонати.