U širem smislu, elektrokemijska oksidacija odnosi se na cjelokupni proces elektrokemije, koji uključuje izravne ili neizravne elektrokemijske reakcije koje se odvijaju na elektrodi na temelju načela oksidacijsko-redukcijskih reakcija. Ove reakcije imaju za cilj smanjiti ili ukloniti zagađivače iz otpadnih voda.
Usko definirana, elektrokemijska oksidacija posebno se odnosi na anodni proces. U ovom procesu, organska otopina ili suspenzija se uvodi u elektrolitičku ćeliju, a kroz primjenu istosmjerne struje, elektroni se ekstrahiraju na anodi, što dovodi do oksidacije organskih spojeva. Alternativno, niskovalentni metali mogu se oksidirati u visokovalentne metalne ione na anodi, koji zatim sudjeluju u oksidaciji organskih spojeva. Tipično, određene funkcionalne skupine unutar organskih spojeva pokazuju elektrokemijsku aktivnost. Pod utjecajem električnog polja dolazi do promjena u strukturi ovih funkcionalnih skupina, mijenjajući kemijska svojstva organskih spojeva, smanjujući njihovu toksičnost i povećavajući njihovu biorazgradljivost.
Elektrokemijska oksidacija može se kategorizirati u dvije vrste: izravna oksidacija i neizravna oksidacija. Izravna oksidacija (izravna elektroliza) uključuje izravno uklanjanje onečišćujućih tvari iz otpadne vode njihovom oksidacijom na elektrodi. Ovaj proces uključuje i anodne i katodne procese. Anodni proces uključuje oksidaciju zagađivača na površini anode, pretvarajući ih u manje otrovne tvari ili tvari koje su više biorazgradive, čime se smanjuju ili uklanjaju zagađivači. Katodni proces uključuje redukciju onečišćujućih tvari na površini katode i prvenstveno se koristi za redukciju i uklanjanje halogeniranih ugljikovodika i obnavljanje teških metala.
Katodni proces također se može nazvati elektrokemijskom redukcijom. Uključuje prijenos elektrona za redukciju iona teških metala kao što su Cr6+ i Hg2+ u njihova niža oksidacijska stanja. Dodatno, može smanjiti klorirane organske spojeve, pretvarajući ih u manje toksične ili netoksične tvari, čime se u konačnici povećava njihova biorazgradivost:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Neizravna oksidacija (neizravna elektroliza) uključuje upotrebu elektrokemijski generiranih oksidacijskih ili redukcijskih sredstava kao reaktanata ili katalizatora za pretvaranje zagađivača u manje toksične tvari. Neizravna elektroliza može se dalje klasificirati u reverzibilne i ireverzibilne procese. Reverzibilni procesi (posredovana elektrokemijska oksidacija) uključuju regeneraciju i recikliranje redoks vrsta tijekom elektrokemijskog procesa. Ireverzibilni procesi, s druge strane, koriste tvari nastale iz ireverzibilnih elektrokemijskih reakcija, kao što su jaka oksidacijska sredstva poput Cl2, klorata, hipoklorita, H2O2 i O3, za oksidaciju organskih spojeva. Ireverzibilni procesi također mogu generirati visoko oksidativne međuproizvode, uključujući solvatirane elektrone, ·HO radikale, ·HO2 radikale (hidroperoksilni radikali) i ·O2- radikale (superoksidni anioni), koji se mogu koristiti za razgradnju i uklanjanje zagađivača kao što su cijanid, fenoli, COD (Chemical Oxygen Demand) i S2- ione, pretvarajući ih u konačnici 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 procesa izravne i neizravne oksidacije mogu se pojaviti nusreakcije koje uključuju stvaranje H2 ili O2 plina, ali te se nusreakcije mogu kontrolirati odabirom materijala elektrode i kontrolom potencijala.
Utvrđeno je da je elektrokemijska oksidacija učinkovita za obradu otpadnih voda s visokim koncentracijama organskih tvari, 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 neotrovne, biorazgradive tvari i njihove potpune mineralizacije u spojeve poput ugljičnog dioksida ili karbonata.
Vrijeme objave: 7. rujna 2023
