U širem smislu, elektrokemijska oksidacija odnosi se na cijeli proces elektrokemije, koji uključuje izravne ili neizravne elektrokemijske reakcije koje se odvijaju na elektrodi na temelju principa oksidacijsko-redukcijskih reakcija. Cilj ovih reakcija je smanjenje ili uklanjanje onečišćujućih tvari iz otpadnih voda.
Usko definirana, elektrokemijska oksidacija se specifično odnosi na anodni proces. U ovom procesu, organska otopina ili suspenzija se uvodi u elektrolitičku ćeliju, a primjenom istosmjerne struje, elektroni se ekstrahiraju na anodi, što dovodi do oksidacije organskih spojeva. Alternativno, metali niske valencije mogu se oksidirati u metalne ione visoke valencije na anodi, koji zatim sudjeluju u oksidaciji organskih spojeva. Tipično, određene funkcionalne skupine unutar organskih spojeva pokazuju elektrokemijsku aktivnost. Pod utjecajem električnog polja, struktura tih funkcionalnih skupina prolazi kroz promjene, mijenjajući kemijska svojstva organskih spojeva, smanjujući njihovu toksičnost i povećavajući njihovu biorazgradivost.
Elektrokemijska oksidacija može se podijeliti u dvije vrste: izravna oksidacija i neizravna oksidacija. Izravna oksidacija (izravna elektroliza) uključuje izravno uklanjanje onečišćujućih tvari iz otpadnih voda oksidacijom na elektrodi. Ovaj proces uključuje i anodne i katodne procese. Anodni proces uključuje oksidaciju onečišćujućih tvari na površini anode, pretvarajući ih u manje toksične tvari ili tvari koje su biorazgradivije, čime se smanjuju ili uklanjaju onečišćujuće tvari. Katodni proces uključuje smanjenje onečišćujućih tvari na površini katode i prvenstveno se koristi za smanjenje i uklanjanje halogeniranih ugljikovodika i oporavak teških metala.
Katodni proces se također može nazvati elektrokemijom redukcijom. Uključuje prijenos elektrona kako bi se ioni teških metala poput Cr6+ i Hg2+ reducirali u njihova niža oksidacijska stanja. Osim toga, može reducirati klorirane organske spojeve, pretvarajući ih u manje toksične ili netoksične tvari, što u konačnici povećava njihovu biorazgradivost:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Neizravna oksidacija (indirektna elektroliza) uključuje upotrebu elektrokemijskih oksidacijskih ili redukcijskih sredstava kao reaktanata ili katalizatora za pretvaranje onečišćujućih tvari u manje otrovne tvari. Neizravna elektroliza može se dalje klasificirati u reverzibilne i ireverzibilne procese. Reverzibilni procesi (posredovana elektrokemijska oksidacija) uključuju regeneraciju i recikliranje redoks spojeva tijekom elektrokemijskog procesa. Ireverzibilni procesi, s druge strane, koriste tvari nastale iz ireverzibilnih elektrokemijskih reakcija, poput jakih oksidacijskih sredstava poput Cl2, klorata, hipoklorita, H2O2 i O3, za oksidaciju organskih spojeva. Ireverzibilni procesi također mogu generirati visoko oksidativne međuprodukte, uključujući solvatirane elektrone, ·HO radikale, ·HO2 radikale (hidroperoksilne radikale) i ·O2- radikale (superoksidne anione), koji se mogu koristiti za razgradnju i uklanjanje onečišćujućih tvari poput cijanida, fenola, KPK (kemijske potrošnje kisika) i S2- iona, u konačnici ih pretvarajući u bezopasne tvari.
U slučaju izravne anodne oksidacije, niske koncentracije reaktanata mogu ograničiti elektrokemijsku površinsku reakciju zbog ograničenja prijenosa mase, dok to ograničenje ne postoji za procese neizravne oksidacije. Tijekom i izravne i neizravne oksidacije mogu se pojaviti nuspojave koje uključuju stvaranje plina H2 ili O2, ali te se nuspojave mogu kontrolirati odabirom elektrodnih materijala i kontrolom potencijala.
Utvrđeno je da je elektrokemijska oksidacija učinkovita za pročišćavanje otpadnih voda s visokim organskim koncentracijama, složenim sastavima, mnoštvom vatrostalnih tvari i visokom obojenošću. Korištenjem anoda s elektrokemijskom aktivnošću, ova tehnologija može učinkovito generirati visoko oksidativne hidroksilne radikale. Ovaj proces dovodi do razgradnje postojanih organskih onečišćujućih tvari u netoksične, biorazgradive tvari i njihove potpune mineralizacije u spojeve poput ugljikovog dioksida ili karbonata.
Vrijeme objave: 07.09.2023.
