Plašākā nozīmē elektroķīmiskā oksidēšanās attiecas uz visu elektroķīmijas procesu, kas ietver tiešas vai netiešas elektroķīmiskas reakcijas, kas notiek uz elektroda, pamatojoties uz oksidācijas-reducēšanas reakciju principiem. Šo reakciju mērķis ir samazināt vai noņemt piesārņotājus no notekūdeņiem.
Šaurākā definīcijā elektroķīmiskā oksidācija attiecas uz anodisko procesu. Šajā procesā organisko šķīdumu vai suspensiju ievada elektrolītiskajā šūnā, un, izmantojot līdzstrāvu, pie anoda tiek ekstrahēti elektroni, kas noved pie organisko savienojumu oksidēšanās. Alternatīvi, zemas valences metālus pie anoda var oksidēt par augstas valences metālu joniem, kas pēc tam piedalās organisko savienojumu oksidēšanā. Parasti noteiktas funkcionālās grupas organiskajos savienojumos izrāda elektroķīmisku aktivitāti. Elektriskā lauka ietekmē šo funkcionālo grupu struktūra mainās, mainot organisko savienojumu ķīmiskās īpašības, samazinot to toksicitāti un uzlabojot to bioloģisko noārdīšanos.
Elektroķīmisko oksidēšanu var iedalīt divos veidos: tiešā oksidēšana un netiešā oksidēšana. Tiešā oksidēšana (tiešā elektrolīze) ietver piesārņotāju tiešu atdalīšanu no notekūdeņiem, oksidējot tos pie elektroda. Šis process ietver gan anodiskos, gan katodiskos procesus. Anodiskais process ietver piesārņotāju oksidēšanu uz anoda virsmas, pārvēršot tos mazāk toksiskās vielās vai vielās, kas ir bioloģiski noārdāmākas, tādējādi samazinot vai likvidējot piesārņotājus. Katodiskais process ietver piesārņotāju reducēšanu uz katoda virsmas un galvenokārt tiek izmantots halogenētu ogļūdeņražu reducēšanai un atdalīšanai, kā arī smago metālu atgūšanai.
Katodisko procesu var saukt arī par elektroķīmisko reducēšanu. Tas ietver elektronu pārnesi, lai reducētu smago metālu jonus, piemēram, Cr6+ un Hg2+, to zemākajos oksidācijas stāvokļos. Turklāt tas var reducēt hlorētus organiskos savienojumus, pārveidojot tos par mazāk toksiskām vai netoksiskām vielām, galu galā uzlabojot to bioloģisko noārdīšanos:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Netiešā oksidēšana (netiešā elektrolīze) ietver elektroķīmiski ģenerētu oksidētāju vai reducētāju izmantošanu kā reaģentus vai katalizatorus, lai pārvērstu piesārņotājus mazāk toksiskās vielās. Netiešo elektrolīzi var tālāk iedalīt atgriezeniskos un neatgriezeniskos procesos. Atgriezeniskie procesi (mediēta elektroķīmiskā oksidēšana) ietver redoksvielu sugu reģenerāciju un pārstrādi elektroķīmiskā procesa laikā. Neatgriezeniskie procesi, no otras puses, izmanto vielas, kas rodas no neatgriezeniskām elektroķīmiskām reakcijām, piemēram, spēcīgus oksidētājus, piemēram, Cl2, hlorātus, hipohlorītus, H2O2 un O3, lai oksidētu organiskos savienojumus. Neatgriezeniski procesi var radīt arī ļoti oksidatīvus starpproduktus, tostarp solvatētus elektronus, ·HO radikāļus, ·HO2 radikāļus (hidroperoksilradikāļus) un ·O2- radikāļus (superoksīda anjonus), kurus var izmantot, lai noārdītu un likvidētu tādus piesārņotājus kā cianīds, fenoli, ĶSP (ķīmiskais skābekļa patēriņš) un S2- joni, galu galā pārveidojot tos par nekaitīgām vielām.
Tiešas anodiskas oksidēšanas gadījumā zema reaģentu koncentrācija var ierobežot elektroķīmisko virsmas reakciju masas pārneses ierobežojumu dēļ, savukārt netiešās oksidēšanas procesos šis ierobežojums nepastāv. Gan tiešās, gan netiešās oksidēšanas procesos var notikt blakusreakcijas, kas saistītas ar H2 vai O2 gāzes veidošanos, taču šīs blakusreakcijas var kontrolēt, izvēloties elektrodu materiālus un kontrolējot potenciālu.
Elektroķīmiskā oksidēšana ir atzīta par efektīvu notekūdeņu attīrīšanā ar augstu organisko vielu koncentrāciju, sarežģītiem sastāviem, daudzām ugunsizturīgām vielām un augstu krāsojumu. Izmantojot anodus ar elektroķīmisko aktivitāti, šī tehnoloģija var efektīvi ģenerēt ļoti oksidatīvus hidroksilradikāļus. Šis process noved pie noturīgu organisko piesārņotāju sadalīšanās netoksiskās, bioloģiski noārdāmās vielās un to pilnīgas mineralizācijas tādos savienojumos kā oglekļa dioksīds vai karbonāti.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 7. septembris
