Într-un sens larg, oxidarea electrochimică se referă la întregul proces de electrochimie, care implică reacții electrochimice directe sau indirecte care au loc la electrod, pe baza principiilor reacțiilor de oxido-reducere. Aceste reacții au ca scop reducerea sau eliminarea poluanților din apele uzate.
Într-un sens restrâns, oxidarea electrochimică se referă în mod specific la procesul anodic. În acest proces, o soluție sau suspensie organică este introdusă într-o celulă electrolitică și, prin aplicarea curentului continuu, electronii sunt extrași la anod, ducând la oxidarea compușilor organici. Alternativ, metalele cu valență scăzută pot fi oxidate la anod în ioni metalici cu valență ridicată, care apoi participă la oxidarea compușilor organici. De obicei, anumite grupe funcționale din cadrul compușilor organici prezintă activitate electrochimică. Sub influența unui câmp electric, structura acestor grupe funcționale suferă modificări, alterând proprietățile chimice ale compușilor organici, reducându-le toxicitatea și sporindu-le biodegradabilitatea.
Oxidarea electrochimică poate fi clasificată în două tipuri: oxidare directă și oxidare indirectă. Oxidarea directă (electroliza directă) implică îndepărtarea directă a poluanților din apele uzate prin oxidarea lor la nivelul electrodului. Acest proces include atât procese anodice, cât și catodice. Procesul anodic implică oxidarea poluanților la suprafața anodului, transformându-i în substanțe mai puțin toxice sau în substanțe mai biodegradabile, reducând sau eliminând astfel poluanții. Procesul catodic implică reducerea poluanților la suprafața catodului și este utilizat în principal pentru reducerea și îndepărtarea hidrocarburilor halogenate și recuperarea metalelor grele.
Procesul catodic poate fi denumit și reducere electrochimică. Acesta implică transferul de electroni pentru a reduce ionii de metale grele, cum ar fi Cr6+ și Hg2+, în stările lor de oxidare inferioare. În plus, poate reduce compușii organici clorurați, transformându-i în substanțe mai puțin toxice sau netoxice, sporind în cele din urmă biodegradabilitatea lor:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Oxidarea indirectă (electroliza indirectă) implică utilizarea agenților oxidanți sau reducători generați electrochimic ca reactanți sau catalizatori pentru a converti poluanții în substanțe mai puțin toxice. Electroliza indirectă poate fi clasificată în continuare în procese reversibile și ireversibile. Procesele reversibile (oxidarea electrochimică mediată) implică regenerarea și reciclarea speciilor redox în timpul procesului electrochimic. Pe de altă parte, procesele ireversibile utilizează substanțe generate din reacții electrochimice ireversibile, cum ar fi agenți oxidanți puternici precum Cl2, clorați, hipocloriți, H2O2 și O3, pentru a oxida compușii organici. Procesele ireversibile pot genera, de asemenea, intermediari puternic oxidanți, inclusiv electroni solvați, radicali ·HO, radicali ·HO2 (radicali hidroperoxil) și radicali ·O2- (anioni superoxid), care pot fi utilizați pentru a degrada și elimina poluanți precum cianura, fenolii, COD (Consumul Chimic de Oxigen) și ionii S2-, transformându-i în cele din urmă în substanțe inofensive.
În cazul oxidării anodice directe, concentrațiile scăzute de reactanți pot limita reacția electrochimică de suprafață din cauza limitărilor transferului de masă, în timp ce această limitare nu există pentru procesele de oxidare indirectă. Atât în timpul proceselor de oxidare directă, cât și în cele indirecte, pot apărea reacții secundare care implică generarea de H2 sau O2 gazos, dar aceste reacții secundare pot fi controlate prin selectarea materialelor electrodului și controlul potențialului.
Oxidarea electrochimică s-a dovedit a fi eficientă pentru tratarea apelor uzate cu concentrații organice ridicate, compoziții complexe, o multitudine de substanțe refractare și colorare ridicată. Prin utilizarea anozilor cu activitate electrochimică, această tehnologie poate genera eficient radicali hidroxil cu grad ridicat de oxidare. Acest proces duce la descompunerea poluanților organici persistenți în substanțe biodegradabile, netoxice și la mineralizarea lor completă în compuși precum dioxidul de carbon sau carbonații.
Data publicării: 07 septembrie 2023
