W szerokim znaczeniu utlenianie elektrochemiczne odnosi się do całego procesu elektrochemii, który obejmuje bezpośrednie lub pośrednie reakcje elektrochemiczne zachodzące na elektrodzie w oparciu o zasady reakcji utleniania-redukcji. Reakcje te mają na celu redukcję lub usuwanie zanieczyszczeń ze ścieków.
Wąsko zdefiniowane, utlenianie elektrochemiczne odnosi się konkretnie do procesu anodowego. W tym procesie organiczny roztwór lub zawiesina jest wprowadzana do ogniwa elektrolitycznego, a poprzez zastosowanie prądu stałego elektrony są ekstrahowane na anodzie, co prowadzi do utleniania związków organicznych. Alternatywnie, metale o niskiej wartościowości mogą być utleniane do jonów metali o wysokiej wartościowości na anodzie, które następnie uczestniczą w utlenianiu związków organicznych. Zazwyczaj pewne grupy funkcyjne w związkach organicznych wykazują aktywność elektrochemiczną. Pod wpływem pola elektrycznego struktura tych grup funkcyjnych ulega zmianom, zmieniając właściwości chemiczne związków organicznych, zmniejszając ich toksyczność i zwiększając ich biodegradowalność.
Utlenianie elektrochemiczne można podzielić na dwa typy: bezpośrednie utlenianie i pośrednie utlenianie. Bezpośrednie utlenianie (bezpośrednia elektroliza) obejmuje bezpośrednie usuwanie zanieczyszczeń ze ścieków poprzez ich utlenianie na elektrodzie. Proces ten obejmuje zarówno procesy anodowe, jak i katodowe. Proces anodowy obejmuje utlenianie zanieczyszczeń na powierzchni anody, przekształcając je w substancje mniej toksyczne lub substancje, które są bardziej biodegradowalne, tym samym redukując lub eliminując zanieczyszczenia. Proces katodowy obejmuje redukcję zanieczyszczeń na powierzchni katody i jest stosowany przede wszystkim do redukcji i usuwania węglowodorów halogenowanych oraz odzyskiwania metali ciężkich.
Proces katodowy można również nazwać redukcją elektrochemiczną. Obejmuje on transfer elektronów w celu redukcji jonów metali ciężkich, takich jak Cr6+ i Hg2+, do ich niższych stopni utlenienia. Ponadto może redukować chlorowane związki organiczne, przekształcając je w mniej toksyczne lub nietoksyczne substancje, ostatecznie zwiększając ich biodegradowalność:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Pośrednie utlenianie (pośrednia elektroliza) obejmuje wykorzystanie elektrochemicznie generowanych utleniaczy lub reduktorów jako odczynników lub katalizatorów w celu przekształcenia zanieczyszczeń w mniej toksyczne substancje. Pośrednią elektrolizę można dalej podzielić na procesy odwracalne i nieodwracalne. Procesy odwracalne (pośredniczone utlenianie elektrochemiczne) obejmują regenerację i recykling gatunków redoks podczas procesu elektrochemicznego. Z drugiej strony procesy nieodwracalne wykorzystują substancje generowane w nieodwracalnych reakcjach elektrochemicznych, takie jak silne środki utleniające, takie jak Cl2, chlorany, podchloryny, H2O2 i O3, w celu utleniania związków organicznych. Nieodwracalne procesy mogą również generować silnie utleniające produkty pośrednie, w tym solwatowane elektrony, rodniki ·HO, rodniki ·HO2 (rodniki hydroperoksylowe) i rodniki ·O2- (aniony ponadtlenkowe), które można wykorzystać do degradacji i eliminacji zanieczyszczeń, takich jak cyjanek, fenole, ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen) i jony S2-, ostatecznie przekształcając je w nieszkodliwe substancje.
W przypadku bezpośredniego utleniania anodowego niskie stężenia odczynników mogą ograniczać reakcję powierzchni elektrochemicznej ze względu na ograniczenia transferu masy, podczas gdy ograniczenie to nie występuje w przypadku procesów utleniania pośredniego. Podczas procesów utleniania zarówno bezpośredniego, jak i pośredniego mogą wystąpić reakcje uboczne obejmujące generację gazu H2 lub O2, ale te reakcje uboczne można kontrolować poprzez dobór materiałów elektrodowych i kontrolę potencjału.
Udowodniono, że utlenianie elektrochemiczne jest skuteczne w oczyszczaniu ścieków o wysokich stężeniach organicznych, złożonych składach, wielu substancjach ogniotrwałych i wysokim zabarwieniu. Dzięki wykorzystaniu anod o aktywności elektrochemicznej technologia ta może wydajnie generować silnie utleniające rodniki hydroksylowe. Proces ten prowadzi do rozkładu trwałych zanieczyszczeń organicznych na nietoksyczne, biodegradowalne substancje i ich całkowitej mineralizacji do związków takich jak dwutlenek węgla lub węglany.
Czas publikacji: 07-09-2023
