I bred forstand refererer elektrokjemisk oksidasjon til hele prosessen med elektrokjemi, som involverer direkte eller indirekte elektrokjemiske reaksjoner som skjer ved elektroden basert på prinsippene for oksidasjons-reduksjonsreaksjoner. Disse reaksjonene tar sikte på å redusere eller fjerne forurensninger fra avløpsvann.
Snøvert definert refererer elektrokjemisk oksidasjon spesifikt til den anodiske prosessen. I denne prosessen blir en organisk løsning eller suspensjon introdusert i en elektrolysecelle, og ved påføring av likestrøm ekstraheres elektroner ved anoden, noe som fører til oksidasjon av organiske forbindelser. Alternativt kan lavvalensmetaller oksideres til høyvalensmetallioner ved anoden, som deretter deltar i oksidasjonen av organiske forbindelser. Vanligvis viser visse funksjonelle grupper i organiske forbindelser elektrokjemisk aktivitet. Under påvirkning av et elektrisk felt gjennomgår strukturen til disse funksjonelle gruppene endringer, noe som endrer de kjemiske egenskapene til de organiske forbindelsene, reduserer deres toksisitet og forbedrer deres biologiske nedbrytbarhet.
Elektrokjemisk oksidasjon kan kategoriseres i to typer: direkte oksidasjon og indirekte oksidasjon. Direkte oksidasjon (direkte elektrolyse) innebærer direkte fjerning av forurensninger fra avløpsvann ved å oksidere dem ved elektroden. Denne prosessen inkluderer både anodiske og katodiske prosesser. Den anodiske prosessen involverer oksidasjon av forurensninger på anodeoverflaten, omdanne dem til mindre giftige stoffer eller stoffer som er mer biologisk nedbrytbare, og dermed redusere eller eliminere forurensninger. Den katodiske prosessen innebærer reduksjon av forurensninger ved katodeoverflaten og brukes primært til reduksjon og fjerning av halogenerte hydrokarboner og utvinning av tungmetaller.
Den katodiske prosessen kan også refereres til som elektrokjemisk reduksjon. Det innebærer overføring av elektroner for å redusere tungmetallioner som Cr6+ og Hg2+ til deres lavere oksidasjonstilstander. I tillegg kan det redusere klorerte organiske forbindelser, transformere dem til mindre giftige eller ikke-giftige stoffer, og til slutt forbedre deres biologiske nedbrytbarhet:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Indirekte oksidasjon (indirekte elektrolyse) innebærer bruk av elektrokjemisk genererte oksidasjons- eller reduksjonsmidler som reaktanter eller katalysatorer for å omdanne forurensninger til mindre giftige stoffer. Indirekte elektrolyse kan videre klassifiseres i reversible og irreversible prosesser. Reversible prosesser (mediert elektrokjemisk oksidasjon) involverer regenerering og resirkulering av redoksarter under den elektrokjemiske prosessen. Irreversible prosesser, derimot, bruker stoffer generert fra irreversible elektrokjemiske reaksjoner, som sterke oksidasjonsmidler som Cl2, klorater, hypokloritter, H2O2 og O3, for å oksidere organiske forbindelser. Irreversible prosesser kan også generere sterkt oksidative mellomprodukter, inkludert solvatiserte elektroner, ·HO-radikaler, ·HO2-radikaler (hydroperoksylradikaler) og ·O2-radikaler (superoksidanioner), som kan brukes til å bryte ned og eliminere forurensninger som cyanid, fenoler, COD (Chemical Oxygen Demand) og S2-ioner, som til slutt forvandler dem til ufarlige stoffer.
Ved direkte anodisk oksidasjon kan lave reaktantkonsentrasjoner begrense den elektrokjemiske overflatereaksjonen på grunn av masseoverføringsbegrensninger, mens denne begrensningen ikke eksisterer for indirekte oksidasjonsprosesser. Under både direkte og indirekte oksidasjonsprosesser kan sidereaksjoner som involverer generering av H2- eller O2-gass forekomme, men disse bireaksjonene kan kontrolleres gjennom valg av elektrodematerialer og potensialkontroll.
Elektrokjemisk oksidasjon har vist seg å være effektiv for behandling av avløpsvann med høye organiske konsentrasjoner, komplekse sammensetninger, en mengde ildfaste stoffer og høy farge. Ved å bruke anoder med elektrokjemisk aktivitet, kan denne teknologien effektivt generere svært oksidative hydroksylradikaler. Denne prosessen fører til nedbrytning av vedvarende organiske forurensninger til ikke-giftige, biologisk nedbrytbare stoffer og deres fullstendige mineralisering til forbindelser som karbondioksid eller karbonater.
Innleggstid: Sep-07-2023
