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 имат за цел да намалят или премахнат замърсителите от отпадъчните води.
Тясно дефинирано, 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 окисляване на органичните съединения. Алтернативно, нисковалентните метали могат да бъдат окислени до високовалентни метални йони на анода, които след това участват в окисляването на органични съединения. Обикновено някои 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 бъде категоризирано в два типа: 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, превръщането им в по-малко токсични вещества или вещества, които са по-биоразградими, като по този начин се намаляват или елиминират 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 също да се нарече електрохимична редукция. Това включва прехвърляне на електрони за редуциране на йони на тежки метали като Cr6+ и Hg2+ до техните по-ниски степени на окисление. Освен това, той може да намали хлорираните органични съединения, превръщайки ги в по-малко токсични или нетоксични вещества, като в крайна сметка повишава тяхната биоразградимост:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Непрякото окисление (индиректна електролиза) включва използването на електрохимично генерирани окислители или редуциращи агенти като реагенти или катализатори за превръщане на замърсителите в по-малко токсични вещества. Непряката електролиза може допълнително да се класифицира на обратими и необратими процеси. Обратимите процеси (медиирано електрохимично окисление) включват регенериране и рециклиране на редокс видове 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 (хидропероксилови радикали) и ·O2- радикали (супероксидни аниони), които могат да се използват за разграждане и елиминиране на замърсители като цианид, феноли, COD (химическа потребност от кислород) и S2- йони, като в крайна сметка ги превръща в безвредни вещества.
В случай на директно анодно окисление ниските концентрации на реагентите могат да ограничат електрохимичната повърхностна реакция поради ограничения на масовия пренос, докато това ограничение не съществува за процесите на непряко окисление. По време както на процесите на пряко, така и на индиректно окисление, могат да се появят странични реакции, включващи генериране на H2 или O2 газ, но тези странични реакции могат да бъдат контролирани чрез избор на материали за електроди и контрол на потенциала.
Установено е, че електрохимичното окисление е ефективно за третиране на отпадъчни води с високи органични концентрации, сложни състави, множество огнеупорни вещества и силно оцветяване. Чрез използване на аноди с електрохимична активност, тази технология може ефективно да генерира силно окислителни хидроксилни радикали. Този процес води до разграждане на устойчиви органични замърсители в нетоксични, биоразградими вещества и тяхната пълна минерализация в съединения като въглероден диоксид или карбонати.
Време на публикуване: септември 07-2023 г
