I vid bemärkelse avser elektrokemisk oxidation hela den elektrokemiska processen, som involverar direkta eller indirekta elektrokemiska reaktioner som sker vid elektroden baserat på principerna för oxidations-reduktionsreaktioner. Dessa reaktioner syftar till att minska eller avlägsna föroreningar från avloppsvatten.
Snävt definierad hänvisar elektrokemisk oxidation specifikt till den anodiska processen. I denna process införs en organisk lösning eller suspension i en elektrolytisk cell, och genom applicering av likström extraheras elektroner vid anoden, vilket leder till oxidation av organiska föreningar. Alternativt kan lågvalensmetaller oxideras till högvalensmetalljoner vid anoden, vilka sedan deltar i oxidationen av organiska föreningar. Vanligtvis uppvisar vissa funktionella grupper inom organiska föreningar elektrokemisk aktivitet. Under påverkan av ett elektriskt fält genomgår strukturen hos dessa funktionella grupper förändringar, vilket förändrar de organiska föreningarnas kemiska egenskaper, minskar deras toxicitet och förbättrar deras biologiska nedbrytbarhet.
Elektrokemisk oxidation kan delas in i två typer: direkt oxidation och indirekt oxidation. Direkt oxidation (direkt elektrolys) innebär direkt avlägsnande av föroreningar från avloppsvatten genom att oxidera dem vid elektroden. Denna process innefattar både anodiska och katodiska processer. Den anodiska processen innebär oxidation av föroreningar vid anodytan, omvandling av dem till mindre giftiga ämnen eller ämnen som är mer biologiskt nedbrytbara, varigenom föroreningar minskas eller elimineras. Den katodiska processen innebär reduktion av föroreningar vid katodytan och används främst för reduktion och avlägsnande av halogenerade kolväten och återvinning av tungmetaller.
Den katodiska processen kan också kallas elektrokemisk reduktion. Den innebär överföring av elektroner för att reducera tungmetalljoner som Cr6+ och Hg2+ till deras lägre oxidationstillstånd. Dessutom kan den reducera klorerade organiska föreningar, omvandla dem till mindre giftiga eller giftfria ämnen, vilket i slutändan förbättrar deras biologiska nedbrytbarhet:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Indirekt oxidation (indirekt elektrolys) innebär användning av elektrokemiskt genererade oxiderande eller reducerande ämnen som reaktanter eller katalysatorer för att omvandla föroreningar till mindre giftiga ämnen. Indirekt elektrolys kan vidare klassificeras i reversibla och irreversibla processer. Reversibla processer (medierad elektrokemisk oxidation) innebär regenerering och återvinning av redoxföreningar under den elektrokemiska processen. Irreversibla processer, å andra sidan, använder ämnen som genereras från irreversibla elektrokemiska reaktioner, såsom starka oxiderande ämnen som Cl2, klorater, hypokloriter, H2O2 och O3, för att oxidera organiska föreningar. Irreversibla processer kan också generera starkt oxiderande intermediärer, inklusive solvatiserade elektroner, ·HO-radikaler, ·HO2-radikaler (hydroperoxylradikaler) och ·O2--radikaler (superoxidanjoner), vilka kan användas för att bryta ner och eliminera föroreningar som cyanid, fenoler, COD (kemisk syreförbrukning) och S2--joner, och slutligen omvandla dem till ofarliga ämnen.
Vid direkt anodisk oxidation kan låga reaktantkoncentrationer begränsa den elektrokemiska ytreaktionen på grund av begränsningar i massöverföring, medan denna begränsning inte finns för indirekta oxidationsprocesser. Under både direkta och indirekta oxidationsprocesser kan sidoreaktioner som involverar generering av H2- eller O2-gas förekomma, men dessa sidoreaktioner kan kontrolleras genom val av elektrodmaterial och potentialkontroll.
Elektrokemisk oxidation har visat sig vara effektiv för att behandla avloppsvatten med höga organiska koncentrationer, komplexa sammansättningar, en mängd eldfasta ämnen och hög infärgning. Genom att använda anoder med elektrokemisk aktivitet kan denna teknik effektivt generera starkt oxidativa hydroxylradikaler. Denna process leder till nedbrytning av persistenta organiska föroreningar till giftfria, biologiskt nedbrytbara ämnen och deras fullständiga mineralisering till föreningar som koldioxid eller karbonater.
Publiceringstid: 7 sep-2023
