В широк смисъл, електрохимичното окисление се отнася до целия процес на електрохимия, който включва директни или индиректни електрохимични реакции, протичащи на електрода, базирани на принципите на окислително-редукционните реакции. Тези реакции целят намаляване или отстраняване на замърсителите от отпадъчните води.
В тясно определение, електрохимичното окисление се отнася конкретно до анодния процес. При този процес органичен разтвор или суспензия се въвежда в електролитна клетка и чрез прилагане на постоянен ток, електроните се извличат на анода, което води до окисление на органични съединения. Алтернативно, нисковалентните метали могат да бъдат окислени до високовалентни метални йони на анода, които след това участват в окислението на органични съединения. Обикновено определени функционални групи в органичните съединения проявяват електрохимична активност. Под въздействието на електрическо поле структурата на тези функционални групи претърпява промени, променяйки химичните свойства на органичните съединения, намалявайки тяхната токсичност и повишавайки тяхната биоразградимост.
Електрохимичното окисление може да се категоризира на два вида: директно окисление и индиректно окисление. Директното окисление (директна електролиза) включва директно отстраняване на замърсители от отпадъчните води чрез окисляването им на електрода. Този процес включва както анодни, така и катодни процеси. Анодният процес включва окисляването на замърсителите на повърхността на анода, превръщайки ги в по-малко токсични вещества или вещества, които са по-биоразградими, като по този начин намалява или елиминира замърсителите. Катодният процес включва намаляване на замърсителите на повърхността на катода и се използва предимно за намаляване и отстраняване на халогенирани въглеводороди и възстановяване на тежки метали.
Катодният процес може да се нарече още електрохимична редукция. Той включва пренос на електрони за редуциране на тежки метални йони като Cr6+ и Hg2+ до техните по-ниски степени на окисление. Освен това, той може да редуцира хлорирани органични съединения, превръщайки ги в по-малко токсични или нетоксични вещества, като в крайна сметка повишава тяхната биоразградимост:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Косвеното окисление (индиректна електролиза) включва използването на електрохимично генерирани окислители или редуктори като реагенти или катализатори за превръщане на замърсителите в по-малко токсични вещества. Косвената електролиза може да бъде допълнително класифицирана на обратими и необратими процеси. Обратимите процеси (медиирано електрохимично окисление) включват регенерация и рециклиране на редокс съединения по време на електрохимичния процес. Необратимите процеси, от друга страна, използват вещества, генерирани от необратими електрохимични реакции, като силни окислители като Cl2, хлорати, хипохлорити, H2O2 и O3, за окисляване на органични съединения. Необратимите процеси могат също да генерират силно окислителни междинни продукти, включително солватирани електрони, ·HO радикали, ·HO2 радикали (хидропероксилни радикали) и ·O2- радикали (супероксидни аниони), които могат да бъдат използвани за разграждане и елиминиране на замърсители като цианид, феноли, COD (химична потребност от кислород) и S2- йони, като в крайна сметка ги трансформират в безвредни вещества.
В случай на директно анодно окисление, ниските концентрации на реагенти могат да ограничат електрохимичната повърхностна реакция поради ограничения на масопреноса, докато това ограничение не съществува за процесите на индиректно окисление. Както по време на процесите на директно, така и на индиректно окисление могат да възникнат странични реакции, включващи генериране на H2 или O2 газ, но тези странични реакции могат да бъдат контролирани чрез избора на електродни материали и контрол на потенциала.
Електрохимичното окисление се оказва ефективно за пречистване на отпадъчни води с високи органични концентрации, сложни състави, множество огнеупорни вещества и силно оцветяване. Чрез използването на аноди с електрохимична активност, тази технология може ефективно да генерира силно окислителни хидроксилни радикали. Този процес води до разлагане на устойчиви органични замърсители в нетоксични, биоразградими вещества и пълната им минерализация в съединения като въглероден диоксид или карбонати.
Време на публикуване: 07 септември 2023 г.
