V širšom zmysle sa elektrochemická oxidácia vzťahuje na celý proces elektrochémie, ktorý zahŕňa priame alebo nepriame elektrochemické reakcie prebiehajúce na elektróde založené na princípoch oxidačno-redukčných reakcií. Cieľom týchto reakcií je znížiť alebo odstrániť znečisťujúce látky z odpadových vôd.
Užšie definovaná elektrochemická oxidácia sa konkrétne týka anodického procesu. 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 môžu byť kovy s nízkou valenciou oxidované na ióny kovov s vysokou valenciou na anóde, ktoré sa potom podieľajú na oxidácii organických zlúčenín. Typicky určité funkčné skupiny v organických zlúčeninách vykazujú elektrochemickú aktivitu. Pod vplyvom elektrického poľa dochádza k zmenám v štruktúre týchto funkčných skupín, ktoré menia chemické vlastnosti organických zlúčenín, znižujú ich toxicitu a zvyšujú ich biologickú odbúrateľnosť.
Elektrochemická oxidácia môže byť rozdelená do dvoch typov: priama oxidácia a nepriama oxidácia. Priama oxidácia (priama elektrolýza) zahŕňa priame odstránenie škodlivín z odpadovej vody ich oxidáciou na elektróde. Tento proces zahŕňa anodické aj katódové procesy. Anódový proces zahŕňa oxidáciu škodlivín na povrchu anódy, ich premenu na menej toxické látky alebo látky, ktoré sú viac biologicky odbúrateľné, čím dochádza k redukcii alebo eliminácii škodlivín. Katodický proces zahŕňa redukciu znečisťujúcich látok na povrchu katódy a primárne sa používa na redukciu a odstraňovanie halogénovaných uhľovodíkov a získavanie ťažkých kovov.
Katódový proces možno označiť aj ako elektrochemickú redukciu. 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, premieňať 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. Na druhej strane nevratné procesy využívajú látky generované nevratnými elektrochemickými reakciami, ako sú silné oxidačné činidlá ako Cl2, chlorečnany, chlórnany, H2O2 a O3, na oxidáciu organických zlúčenín. Nevratné procesy môžu tiež generovať vysoko oxidačné medziprodukty vrátane solvatovaných elektrónov, radikálov ·HO, radikálov ·HO2 (hydroperoxylové radikály) a ·O2- radikálov (superoxidové anióny), ktoré možno použiť na degradáciu a elimináciu znečisťujúcich látok, ako sú kyanid, fenoly, CHSK (Chemical Oxygen Demand) a S2- ióny, ktoré ich v konečnom dôsledku premieňajú 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 priamych aj nepriamych oxidačných procesov sa môžu vyskytnúť vedľajšie reakcie zahŕňajúce tvorbu plynného H2 alebo O2, ale tieto vedľajšie reakcie možno kontrolovať výberom materiálov elektród a kontrolou potenciálu.
Zistilo sa, že elektrochemická oxidácia je účinná na čistenie odpadových vôd s vysokými koncentráciami organických látok, zložitými kompozíciami, množstvom žiaruvzdorných látok a vysokým zafarbením. Využitím anód s elektrochemickou aktivitou môže táto technológia efektívne vytvárať vysoko oxidačné hydroxylové radikály. Tento proces vedie k rozkladu perzistentných organických polutantov na netoxické, biologicky odbúrateľné látky a ich úplnej mineralizácii na zlúčeniny ako oxid uhličitý alebo uhličitany.
Čas odoslania: 07.09.2023
