V širšom zmysle sa elektrochemická oxidácia vzťahuje na celý proces elektrochémie, ktorý zahŕňa priame alebo nepriame elektrochemické reakcie prebiehajúce na elektróde na základe princípov oxidačno-redukčných reakcií. Tieto reakcie majú za cieľ znížiť alebo odstrániť znečisťujúce látky z odpadových vôd.
Úzko definovaná elektrochemická oxidácia sa špecificky vzťahuje na anodický proces. V tomto procese sa organický roztok alebo suspenzia zavádza do elektrolytického článku a pomocou jednosmerného prúdu sa na anóde extrahujú elektróny, čo vedie k oxidácii organických zlúčenín. Alternatívne sa kovy s nízkou valenciou môžu na anóde oxidovať na kovové ióny s vysokou valenciou, ktoré sa potom podieľajú na oxidácii organických zlúčenín. Typicky určité funkčné skupiny v organických zlúčeninách vykazujú elektrochemickú aktivitu. Pod vplyvom elektrického poľa sa štruktúra týchto funkčných skupín mení, čím sa menia chemické vlastnosti organických zlúčenín, znižuje sa ich toxicita a zvyšuje sa ich biologická odbúrateľnosť.
Elektrochemickú oxidáciu možno rozdeliť na dva typy: priamu oxidáciu a nepriamu oxidáciu. Priama oxidácia (priama elektrolýza) zahŕňa priame odstraňovanie znečisťujúcich látok z odpadovej vody ich oxidáciou na elektróde. Tento proces zahŕňa anodické aj katódové procesy. Anodický proces zahŕňa oxidáciu znečisťujúcich látok na povrchu anódy, pričom ich premieňa na menej toxické látky alebo látky, ktoré sú biologicky odbúrateľnejšie, čím sa znižuje alebo eliminuje množstvo znečisťujúcich látok. Katódový proces zahŕňa redukciu znečisťujúcich látok na povrchu katódy a používa sa predovšetkým na redukciu a odstraňovanie halogénovaných uhľovodíkov a na získavanie ťažkých kovov.
Katodický proces sa môže označovať aj ako elektrochemická redukcia. Zahŕňa prenos elektrónov na redukciu iónov ťažkých kovov, ako sú Cr6+ a Hg2+, do ich nižších oxidačných stavov. Okrem toho môže redukovať chlórované organické zlúčeniny a transformovať ich na menej toxické alebo netoxické látky, čím sa v konečnom dôsledku zvyšuje ich biologická odbúrateľnosť:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Nepriama oxidácia (nepriama elektrolýza) zahŕňa použitie elektrochemicky generovaných oxidačných alebo redukčných činidiel ako reaktantov alebo katalyzátorov na premenu znečisťujúcich látok na menej toxické látky. Nepriamu elektrolýzu možno ďalej rozdeliť na reverzibilné a ireverzibilné procesy. Reverzibilné procesy (sprostredkovaná elektrochemická oxidácia) zahŕňajú regeneráciu a recykláciu redoxných látok počas elektrochemického procesu. Ireverzibilné procesy na druhej strane využívajú látky generované ireverzibilnými elektrochemickými reakciami, ako sú silné oxidačné činidlá ako Cl2, chlorečnany, chlórnany, H2O2 a O3, na oxidáciu organických zlúčenín. Ireverzibilné procesy môžu tiež generovať vysoko oxidačné medziprodukty vrátane solvatovaných elektrónov, radikálov ·HO, radikálov ·HO2 (hydroperoxylové radikály) a radikálov ·O2- (superoxidové anióny), ktoré sa môžu použiť na degradáciu a elimináciu znečisťujúcich látok, ako sú kyanidy, fenoly, COD (chemická spotreba kyslíka) a ióny S2-, čím sa nakoniec premenia na neškodné látky.
V prípade priamej anodickej oxidácie môžu nízke koncentrácie reaktantov obmedziť elektrochemickú povrchovú reakciu v dôsledku obmedzení prenosu hmoty, zatiaľ čo toto obmedzenie neexistuje pre procesy nepriamej oxidácie. Počas procesov priamej aj nepriamej oxidácie môžu vyskytnúť vedľajšie reakcie zahŕňajúce tvorbu plynu H2 alebo O2, ale tieto vedľajšie reakcie je možné kontrolovať výberom materiálov elektród a reguláciou potenciálu.
Ukázalo sa, že elektrochemická oxidácia je účinná pri čistení odpadových vôd s vysokými organickými koncentráciami, komplexným zložením, množstvom žiaruvzdorných látok a vysokým sfarbením. Využitím anód s elektrochemickou aktivitou dokáže táto technológia efektívne generovať vysoko oxidačné hydroxylové radikály. Tento proces vedie k rozkladu perzistentných organických znečisťujúcich látok na netoxické, biologicky odbúrateľné látky a ich úplnej mineralizácii na zlúčeniny, ako je oxid uhličitý alebo uhličitany.
Čas uverejnenia: 7. septembra 2023
