V širšem smislu se elektrokemična oksidacija nanaša na celoten proces elektrokemije, ki vključuje neposredne ali posredne elektrokemijske reakcije, ki se odvijajo na elektrodi in temeljijo na načelih oksidacijsko-redukcijskih reakcij. Namen teh reakcij je zmanjšati ali odstraniti onesnaževala iz odpadne vode.
Ozko definirana elektrokemična oksidacija se nanaša posebej na anodni postopek. Pri tem postopku se organska raztopina ali suspenzija vnese v elektrolitsko celico in z uporabo enosmernega toka se na anodi ekstrahirajo elektroni, kar vodi do oksidacije organskih spojin. Druga možnost je, da se nizkovalentne kovine na anodi oksidirajo v visokovalentne kovinske ione, ki nato sodelujejo pri oksidaciji organskih spojin. Običajno nekatere funkcionalne skupine v organskih spojinah kažejo elektrokemijsko aktivnost. Pod vplivom električnega polja se struktura teh funkcionalnih skupin spremeni, kar spremeni kemijske lastnosti organskih spojin, zmanjša njihovo toksičnost in poveča njihovo biorazgradljivost.
Elektrokemijsko oksidacijo lahko razdelimo na dve vrsti: direktno oksidacijo in indirektno oksidacijo. Direktna oksidacija (direktna elektroliza) vključuje neposredno odstranjevanje onesnaževal iz odpadne vode z oksidacijo na elektrodi. Ta postopek vključuje tako anodni kot katodni postopek. Anodni postopek vključuje oksidacijo onesnaževal na površini anode, pri čemer se pretvorijo v manj strupene snovi ali snovi, ki so bolj biorazgradljive, s čimer se zmanjša ali odpravi onesnaževala. Katodni postopek vključuje zmanjšanje onesnaževal na površini katode in se uporablja predvsem za zmanjšanje in odstranjevanje halogeniranih ogljikovodikov ter pridobivanje težkih kovin.
Katodni postopek lahko imenujemo tudi elektrokemična redukcija. Vključuje prenos elektronov za redukcijo težkih kovinskih ionov, kot sta Cr6+ in Hg2+, v njihova nižja oksidacijska stanja. Poleg tega lahko reducira klorirane organske spojine in jih pretvori v manj strupene ali nestrupene snovi, kar na koncu izboljša njihovo biorazgradljivost:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Posredna oksidacija (posredna elektroliza) vključuje uporabo elektrokemično ustvarjenih oksidacijskih ali redukcijskih sredstev kot reaktantov ali katalizatorjev za pretvorbo onesnaževal v manj strupene snovi. Posredno elektrolizo lahko nadalje razdelimo na reverzibilne in ireverzibilne procese. Reverzibilni procesi (posredovana elektrokemična oksidacija) vključujejo regeneracijo in recikliranje redoks spojin med elektrokemičnim procesom. Ireverzibilni procesi pa za oksidacijo organskih spojin uporabljajo snovi, ki nastanejo pri ireverzibilnih elektrokemijskih reakcijah, kot so močna oksidacijska sredstva, kot so Cl2, klorati, hipokloriti, H2O2 in O3. Ireverzibilni procesi lahko ustvarijo tudi zelo oksidativne intermediate, vključno s solvatiranimi elektroni, radikali ·HO, radikali ·HO2 (hidroperoksilni radikali) in radikali ·O2- (superoksidni anioni), ki se lahko uporabijo za razgradnjo in odstranjevanje onesnaževal, kot so cianid, fenoli, KPK (kemična potreba po kisiku) in ioni S2-, s čimer se na koncu pretvorijo v neškodljive snovi.
V primeru neposredne anodne oksidacije lahko nizke koncentracije reaktantov omejijo elektrokemijsko površinsko reakcijo zaradi omejitev prenosa mase, medtem ko ta omejitev ne obstaja pri procesih posredne oksidacije. Med procesi direktne in posredne oksidacije lahko pride do stranskih reakcij, ki vključujejo nastajanje plina H2 ali O2, vendar je te stranske reakcije mogoče nadzorovati z izbiro materialov elektrod in nadzorom potenciala.
Ugotovljeno je bilo, da je elektrokemična oksidacija učinkovita za čiščenje odpadne vode z visokimi organskimi koncentracijami, kompleksnimi sestavami, množico ognjevzdržnih snovi in močno obarvanostjo. Z uporabo anod z elektrokemijsko aktivnostjo lahko ta tehnologija učinkovito ustvari visoko oksidativne hidroksilne radikale. Ta postopek vodi do razgradnje obstojnih organskih onesnaževal v nestrupene, biorazgradljive snovi in njihove popolne mineralizacije v spojine, kot sta ogljikov dioksid ali karbonati.
Čas objave: 7. september 2023
