Tágabb értelemben az elektrokémiai oxidáció az elektrokémia teljes folyamatára utal, amely magában foglalja az elektródon lezajló közvetlen vagy közvetett elektrokémiai reakciókat az oxidációs-redukciós reakciók elvei alapján. Ezek a reakciók a szennyvíz szennyezőanyagainak csökkentését vagy eltávolítását célozzák.
Szűkebb értelemben az elektrokémiai oxidáció kifejezetten az anódos folyamatra utal. Ebben a folyamatban egy szerves oldatot vagy szuszpenziót vezetnek be egy elektrolizáló cellába, és egyenáram alkalmazásával az anódnál elektronokat vonnak ki, ami szerves vegyületek oxidációjához vezet. Alternatív megoldásként az alacsony vegyértékű fémek nagy vegyértékű fémionokká oxidálhatók az anódnál, amelyek ezután részt vesznek a szerves vegyületek oxidációjában. A szerves vegyületeken belüli bizonyos funkciós csoportok jellemzően elektrokémiai aktivitást mutatnak. Elektromos tér hatására ezen funkciós csoportok szerkezete megváltozik, megváltoztatva a szerves vegyületek kémiai tulajdonságait, csökkentve toxicitásukat és fokozva biológiai lebonthatóságukat.
Az elektrokémiai oxidáció két típusba sorolható: közvetlen oxidáció és közvetett oxidáció. A közvetlen oxidáció (közvetlen elektrolízis) a szennyező anyagok közvetlen eltávolítását jelenti a szennyvízből az elektróda oxidációjával. Ez a folyamat magában foglalja mind az anódos, mind a katódos eljárásokat. Az anódos eljárás a szennyező anyagok oxidációját jelenti az anód felületén, kevésbé mérgező vagy biológiailag jobban lebomló anyagokká alakítva azokat, ezáltal csökkentve vagy kiküszöbölve a szennyező anyagokat. A katódos eljárás a szennyező anyagok redukálását jelenti a katód felületén, és elsősorban halogénezett szénhidrogének redukciójára és eltávolítására, valamint nehézfémek kinyerésére használják.
A katódos folyamatot elektrokémiai redukciónak is nevezhetjük. Ez magában foglalja az elektronok átvitelét, hogy a nehézfém-ionokat, például a Cr6+ és a Hg2+ ionokat alacsonyabb oxidációs állapotukba redukálják. Ezenkívül redukálhatja a klórozott szerves vegyületeket, kevésbé mérgező vagy nem mérgező anyagokká alakítva azokat, végső soron fokozva biológiai lebonthatóságukat:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Az indirekt oxidáció (indirekt elektrolízis) elektrokémiailag előállított oxidáló vagy redukáló szerek reagensként vagy katalizátorként való használatát jelenti a szennyező anyagok kevésbé mérgező anyagokká alakítására. Az indirekt elektrolízis tovább osztályozható reverzibilis és irreverzibilis folyamatokra. A reverzibilis folyamatok (közvetített elektrokémiai oxidáció) a redox vegyületek regenerálódását és újrahasznosítását foglalják magukban az elektrokémiai folyamat során. Az irreverzibilis folyamatok ezzel szemben irreverzibilis elektrokémiai reakciókból származó anyagokat, például erős oxidálószereket, például Cl2-t, klorátokat, hipokloritokat, H2O2-t és O3-t használnak fel a szerves vegyületek oxidálására. Az irreverzibilis folyamatok erősen oxidatív intermediereket is létrehozhatnak, beleértve a szolvatált elektronokat, ·HO gyököket, ·HO2 gyököket (hidroperoxil gyökök) és ·O2- gyököket (szuperoxid anionok), amelyek felhasználhatók a szennyező anyagok, például a cianid, fenolok, KOI (kémiai oxigénigény) és az S2- ionok lebontására és eltávolítására, végső soron ártalmatlan anyagokká alakítva azokat.
Közvetlen anódos oxidáció esetén az alacsony reagenskoncentrációk korlátozhatják az elektrokémiai felületi reakciót a tömegátadási korlátok miatt, míg ez a korlátozás nem áll fenn a közvetett oxidációs folyamatoknál. Mind a közvetlen, mind a közvetett oxidációs folyamatok során előfordulhatnak H2 vagy O2 gáz képződésével járó mellékreakciók, de ezek a mellékreakciók az elektródaanyagok megválasztásával és a potenciálszabályozással szabályozhatók.
Az elektrokémiai oxidáció hatékonynak bizonyult a magas szervesanyag-koncentrációjú, komplex összetételű, számos tűzálló anyagot tartalmazó és erősen elszíneződött szennyvíz kezelésében. Az elektrokémiai aktivitású anódok használatával ez a technológia hatékonyan képes erősen oxidatív hidroxilgyököket előállítani. Ez a folyamat a perzisztens szerves szennyező anyagok nem mérgező, biológiailag lebomló anyagokká történő bomlásához és teljes mineralizációjához olyan vegyületekké, mint a szén-dioxid vagy a karbonátok.
Közzététel ideje: 2023. szeptember 7.
