I en vid mening avser elektrokemisk oxidation hela processen av elektrokemi, som involverar direkta eller indirekta elektrokemiska reaktioner som sker vid elektroden baserade på principerna för oxidations-reduktionsreaktioner. Dessa reaktioner syftar till att minska eller ta bort föroreningar från avloppsvattnet.
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, som sedan deltar i oxidationen av organiska föreningar. Typiskt uppvisar vissa funktionella grupper inom organiska föreningar elektrokemisk aktivitet. Under påverkan av ett elektriskt fält genomgår strukturen av dessa funktionella grupper förändringar, vilket förändrar de kemiska egenskaperna hos de organiska föreningarna, 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 inkluderar både anodiska och katodiska processer. Den anodiska processen involverar oxidation av föroreningar vid anodytan, omvandlar dem till mindre giftiga ämnen eller ämnen som är mer biologiskt nedbrytbara, och därigenom minskar eller eliminerar föroreningar. 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 betecknas som elektrokemisk reduktion. Det involverar överföring av elektroner för att reducera tungmetalljoner som Cr6+ och Hg2+ till deras lägre oxidationstillstånd. Dessutom kan det minska 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 reduktionsmedel 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) involverar regenerering och återvinning av redoxarter under den elektrokemiska processen. Irreversibla processer, å andra sidan, använder ämnen som genereras från irreversibla elektrokemiska reaktioner, såsom starka oxidationsmedel som Cl2, klorater, hypokloriter, H2O2 och O3, för att oxidera organiska föreningar. Irreversibla processer kan också generera starkt oxidativa intermediärer, inklusive solvatiserade elektroner, ·HO-radikaler, ·HO2-radikaler (hydroperoxylradikaler) och ·O2-radikaler (superoxidanjoner), som kan användas för att bryta ned och eliminera föroreningar som cyanid, fenoler, COD (Chemical Oxygen Demand), och S2-joner, omvandlar dem i slutändan till ofarliga ämnen.
I fallet med direkt anodisk oxidation kan låga reaktantkoncentrationer begränsa den elektrokemiska ytreaktionen på grund av massöverföringsbegränsningar, medan denna begränsning inte existerar för indirekta oxidationsprocesser. Under både direkta och indirekta oxidationsprocesser kan sidoreaktioner som involverar generering av H2- eller O2-gas inträffa, 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 färgning. Genom att använda anoder med elektrokemisk aktivitet kan denna teknik effektivt generera högoxidativa hydroxylradikaler. Denna process leder till nedbrytning av långlivade organiska föroreningar till ogiftiga, biologiskt nedbrytbara ämnen och deras fullständiga mineralisering till föreningar som koldioxid eller karbonater.
Posttid: 2023-07-07
