Με μια ευρεία έννοια, η ηλεκτροχημική οξείδωση αναφέρεται σε ολόκληρη τη διαδικασία της ηλεκτροχημείας, η οποία περιλαμβάνει άμεσες ή έμμεσες ηλεκτροχημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο ηλεκτρόδιο με βάση τις αρχές των αντιδράσεων οξείδωσης-αναγωγής. Αυτές οι αντιδράσεις στοχεύουν στη μείωση ή την απομάκρυνση των ρύπων από τα λύματα.
Με στενό ορισμό, η ηλεκτροχημική οξείδωση αναφέρεται συγκεκριμένα στην ανοδική διεργασία. Σε αυτή τη διαδικασία, ένα οργανικό διάλυμα ή εναιώρημα εισάγεται σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο και μέσω της εφαρμογής συνεχούς ρεύματος, τα ηλεκτρόνια εξάγονται στην άνοδο, οδηγώντας στην οξείδωση των οργανικών ενώσεων. Εναλλακτικά, τα μέταλλα χαμηλού σθένους μπορούν να οξειδωθούν σε ιόντα μετάλλων υψηλού σθένους στην άνοδο, τα οποία στη συνέχεια συμμετέχουν στην οξείδωση των οργανικών ενώσεων. Τυπικά, ορισμένες λειτουργικές ομάδες εντός οργανικών ενώσεων παρουσιάζουν ηλεκτροχημική δραστηριότητα. Υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, η δομή αυτών των λειτουργικών ομάδων υφίσταται αλλαγές, αλλοιώνοντας τις χημικές ιδιότητες των οργανικών ενώσεων, μειώνοντας την τοξικότητά τους και ενισχύοντας τη βιοδιασπασιμότητά τους.
Η ηλεκτροχημική οξείδωση μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε δύο τύπους: άμεση και έμμεση οξείδωση. Η άμεση οξείδωση (άμεση ηλεκτρόλυση) περιλαμβάνει την άμεση απομάκρυνση των ρύπων από τα λύματα με την οξείδωση τους στο ηλεκτρόδιο. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τόσο ανοδικές όσο και καθοδικές διεργασίες. Η ανοδική διαδικασία περιλαμβάνει την οξείδωση των ρύπων στην επιφάνεια της ανόδου, μετατρέποντάς τους σε λιγότερο τοξικές ουσίες ή ουσίες που είναι πιο βιοαποδομήσιμες, μειώνοντας ή εξαλείφοντας τους ρύπους. Η καθοδική διαδικασία περιλαμβάνει τη μείωση των ρύπων στην επιφάνεια της καθόδου και χρησιμοποιείται κυρίως για τη μείωση και την απομάκρυνση αλογονωμένων υδρογονανθράκων και την ανάκτηση βαρέων μετάλλων.
Η καθοδική διαδικασία μπορεί επίσης να αναφέρεται ως ηλεκτροχημική αναγωγή. Περιλαμβάνει τη μεταφορά ηλεκτρονίων για τη μείωση των ιόντων βαρέων μετάλλων όπως το Cr6+ και το Hg2+ στις χαμηλότερες καταστάσεις οξείδωσής τους. Επιπλέον, μπορεί να μειώσει τις χλωριωμένες οργανικές ενώσεις, μετατρέποντάς τις σε λιγότερο τοξικές ή μη τοξικές ουσίες, ενισχύοντας τελικά τη βιοδιασπασιμότητά τους:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Η έμμεση οξείδωση (έμμεση ηλεκτρόλυση) περιλαμβάνει τη χρήση ηλεκτροχημικά παραγόμενων οξειδωτικών ή αναγωγικών παραγόντων ως αντιδρώντων ή καταλυτών για τη μετατροπή των ρύπων σε λιγότερο τοξικές ουσίες. Η έμμεση ηλεκτρόλυση μπορεί περαιτέρω να ταξινομηθεί σε αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες διαδικασίες. Οι αναστρέψιμες διεργασίες (διαμεσολαβούμενη ηλεκτροχημική οξείδωση) περιλαμβάνουν την αναγέννηση και την ανακύκλωση ειδών οξειδοαναγωγής κατά τη διάρκεια της ηλεκτροχημικής διαδικασίας. Οι μη αναστρέψιμες διεργασίες, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιούν ουσίες που παράγονται από μη αναστρέψιμες ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, όπως ισχυρούς οξειδωτικούς παράγοντες όπως Cl2, χλωρικά, υποχλωριώδες, H2O2 και O3, για την οξείδωση οργανικών ενώσεων. Οι μη αναστρέψιμες διεργασίες μπορούν επίσης να δημιουργήσουν υψηλά οξειδωτικά ενδιάμεσα, συμπεριλαμβανομένων των διαλυτωμένων ηλεκτρονίων, ριζών HO, ριζών HO2 (ρίζες υδροπεροξυλίου) και ρίζες O2- (ανιόντα υπεροξειδίου), τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποικοδόμηση και την εξάλειψη ρύπων όπως κυάνιο, φαινόλες, COD (Χημική Απαίτηση Οξυγόνου) και ιόντα S2, μετατρέποντάς τα τελικά σε αβλαβείς ουσίες.
Στην περίπτωση της άμεσης ανοδικής οξείδωσης, χαμηλές συγκεντρώσεις αντιδρώντων μπορεί να περιορίσουν την ηλεκτροχημική επιφανειακή αντίδραση λόγω περιορισμών μεταφοράς μάζας, ενώ αυτός ο περιορισμός δεν υπάρχει για διεργασίες έμμεσης οξείδωσης. Κατά τη διάρκεια των διεργασιών άμεσης και έμμεσης οξείδωσης, μπορεί να συμβούν πλευρικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν την παραγωγή αερίου Η2 ή Ο2, αλλά αυτές οι πλευρικές αντιδράσεις μπορούν να ελεγχθούν μέσω της επιλογής των υλικών των ηλεκτροδίων και του δυναμικού ελέγχου.
Η ηλεκτροχημική οξείδωση έχει βρεθεί ότι είναι αποτελεσματική για την επεξεργασία λυμάτων με υψηλές οργανικές συγκεντρώσεις, σύνθετες συνθέσεις, πλήθος πυρίμαχων ουσιών και υψηλό χρωματισμό. Χρησιμοποιώντας ανόδους με ηλεκτροχημική δραστηριότητα, αυτή η τεχνολογία μπορεί να δημιουργήσει αποτελεσματικά ρίζες υδροξυλίου υψηλής οξειδώσεως. Αυτή η διαδικασία οδηγεί στην αποσύνθεση των έμμονων οργανικών ρύπων σε μη τοξικές, βιοαποδομήσιμες ουσίες και στην πλήρη ανοργανοποίηση τους σε ενώσεις όπως το διοξείδιο του άνθρακα ή τα ανθρακικά.
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-07-2023
