У широкому сенсі електрохімічне окислення стосується всього процесу електрохімії, який включає прямі або непрямі електрохімічні реакції, що відбуваються на електроді, засновані на принципах окисно-відновних реакцій. Ці реакції спрямовані на зменшення або видалення забруднюючих речовин зі стічних вод.
У вузькому сенсі електрохімічне окислення стосується саме анодного процесу. У цьому процесі органічний розчин або суспензію вводять в електролітичну комірку, і за допомогою постійного струму на аноді витягуються електрони, що призводить до окислення органічних сполук. Як варіант, низьковалентні метали можуть окислюватися до високовалентних іонів металів на аноді, які потім беруть участь в окисленні органічних сполук. Як правило, певні функціональні групи в органічних сполуках проявляють електрохімічну активність. Під впливом електричного поля структура цих функціональних груп зазнає змін, змінюючи хімічні властивості органічних сполук, зменшуючи їхню токсичність та підвищуючи їхню біорозкладність.
Електрохімічне окислення можна розділити на два типи: пряме окислення та непряме окислення. Пряме окислення (прямий електроліз) передбачає безпосереднє видалення забруднюючих речовин зі стічних вод шляхом їх окислення на електроді. Цей процес включає як анодний, так і катодний процеси. Анодний процес передбачає окислення забруднюючих речовин на поверхні анода, перетворюючи їх на менш токсичні речовини або речовини, які є більш біорозкладними, тим самим зменшуючи або усуваючи забруднюючі речовини. Катодний процес включає зменшення кількості забруднюючих речовин на поверхні катода та в основному використовується для відновлення та видалення галогенованих вуглеводнів та відновлення важких металів.
Катодний процес також можна назвати електрохімічним відновленням. Він включає перенесення електронів для відновлення іонів важких металів, таких як Cr6+ та Hg2+, до їх нижчих ступенів окиснення. Крім того, він може відновлювати хлоровані органічні сполуки, перетворюючи їх на менш токсичні або нетоксичні речовини, що зрештою підвищує їхню біорозкладність:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Непряме окислення (непрямий електроліз) передбачає використання електрохімічно генерованих окислювачів або відновників як реагентів або каталізаторів для перетворення забруднюючих речовин на менш токсичні речовини. Непрямий електроліз можна додатково класифікувати на оборотні та необоротні процеси. Оборотні процеси (опосередковане електрохімічне окислення) включають регенерацію та рециркуляцію окисно-відновних сполук під час електрохімічного процесу. Необоротні процеси, з іншого боку, використовують речовини, що утворюються в результаті необоротних електрохімічних реакцій, такі як сильні окислювачі, такі як Cl2, хлорати, гіпохлорити, H2O2 та O3, для окислення органічних сполук. Необоротні процеси також можуть генерувати високоокислювальні проміжні продукти, включаючи сольватовані електрони, ·HO радикали, ·HO2 радикали (гідропероксильні радикали) та ·O2- радикали (супероксидні аніони), які можна використовувати для розкладання та усунення забруднюючих речовин, таких як ціаніди, феноли, ХСК (хімічне споживання кисню) та іони S2-, зрештою перетворюючи їх на нешкідливі речовини.
У випадку прямого анодного окислення низькі концентрації реагентів можуть обмежувати електрохімічну поверхневу реакцію через обмеження масопереносу, тоді як для процесів непрямого окислення це обмеження не існує. Під час процесів як прямого, так і непрямого окислення можуть відбуватися побічні реакції, що включають утворення газоподібного H2 або O2, але ці побічні реакції можна контролювати шляхом вибору матеріалів електродів та контролю потенціалу.
Електрохімічне окислення виявилося ефективним для очищення стічних вод з високою органічною концентрацією, складним складом, безліччю тугоплавких речовин та високим забарвленням. Завдяки використанню анодів з електрохімічною активністю ця технологія може ефективно генерувати високоокислювальні гідроксильні радикали. Цей процес призводить до розкладання стійких органічних забруднювачів на нетоксичні, біорозкладні речовини та їх повної мінералізації у сполуки, такі як вуглекислий газ або карбонати.
Час публікації: 07 вересня 2023 р.
