V širokém smyslu se elektrochemická oxidace týká celého procesu elektrochemie, který zahrnuje přímé nebo nepřímé elektrochemické reakce probíhající na elektrodě založené na principech oxidačně-redukčních reakcí. Tyto reakce mají za cíl snížit nebo odstranit znečišťující látky z odpadních vod.
Úzce definovaná elektrochemická oxidace konkrétně odkazuje na anodický proces. Při tomto procesu se organický roztok nebo suspenze zavádí do elektrolytického článku a aplikací stejnosměrného proudu jsou na anodě extrahovány elektrony, což vede k oxidaci organických sloučenin. Alternativně mohou být nízkovalenční kovy na anodě oxidovány na vysokovalenční kovové ionty, které se pak podílejí na oxidaci organických sloučenin. Typicky určité funkční skupiny v organických sloučeninách vykazují elektrochemickou aktivitu. Pod vlivem elektrického pole dochází ke změnám struktury těchto funkčních skupin, které mění chemické vlastnosti organických sloučenin, snižují jejich toxicitu a zvyšují jejich biologickou odbouratelnost.
Elektrochemickou oxidaci lze rozdělit do dvou typů: přímá oxidace a nepřímá oxidace. Přímá oxidace (přímá elektrolýza) zahrnuje přímé odstranění znečišťujících látek z odpadních vod jejich oxidací na elektrodě. Tento proces zahrnuje jak anodické, tak katodické procesy. Anodický proces zahrnuje oxidaci znečišťujících látek na povrchu anody, jejich přeměnu na méně toxické látky nebo látky, které jsou více biologicky odbouratelné, čímž se redukují nebo eliminují znečišťující látky. Katodický proces zahrnuje redukci znečišťujících látek na povrchu katody a primárně se používá pro redukci a odstraňování halogenovaných uhlovodíků a získávání těžkých kovů.
Katodický proces lze také označit jako elektrochemickou redukci. Zahrnuje přenos elektronů za účelem redukce iontů těžkých kovů, jako jsou Cr6+ a Hg2+, do jejich nižších oxidačních stavů. Navíc může redukovat chlorované organické sloučeniny, přeměňovat je na méně toxické nebo netoxické látky, což v konečném důsledku zvyšuje jejich biologickou rozložitelnost:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Nepřímá oxidace (nepřímá elektrolýza) zahrnuje použití elektrochemicky generovaných oxidačních nebo redukčních činidel jako reaktantů nebo katalyzátorů pro přeměnu znečišťujících látek na méně toxické látky. Nepřímou elektrolýzu lze dále rozdělit na vratné a nevratné procesy. Reverzibilní procesy (zprostředkovaná elektrochemická oxidace) zahrnují regeneraci a recyklaci redoxních látek během elektrochemického procesu. Na druhé straně nevratné procesy využívají k oxidaci organických sloučenin látky generované nevratnými elektrochemickými reakcemi, jako jsou silná oxidační činidla jako Cl2, chlorečnany, chlornany, H2O2 a O3. Nevratné procesy mohou také generovat vysoce oxidační meziprodukty, včetně solvatovaných elektronů, radikálů ·HO, radikálů ·HO2 (hydroperoxylové radikály) a ·O2- radikálů (superoxidové anionty), které lze použít k degradaci a odstranění znečišťujících látek, jako je kyanid, fenoly, CHSK (Chemical Oxygen Demand) a S2- ionty, které je nakonec přemění na neškodné látky.
V případě přímé anodické oxidace mohou nízké koncentrace reaktantů omezit elektrochemickou povrchovou reakci v důsledku omezení přenosu hmoty, zatímco toto omezení neexistuje pro procesy nepřímé oxidace. Během přímých i nepřímých oxidačních procesů může docházet k vedlejším reakcím zahrnujícím tvorbu plynného H2 nebo O2, ale tyto vedlejší reakce lze řídit výběrem materiálů elektrod a řízením potenciálu.
Bylo zjištěno, že elektrochemická oxidace je účinná pro čištění odpadních vod s vysokými koncentracemi organických látek, složitým složením, množstvím žáruvzdorných látek a vysokým zabarvením. Využitím anod s elektrochemickou aktivitou může tato technologie efektivně generovat vysoce oxidační hydroxylové radikály. Tento proces vede k rozkladu perzistentních organických polutantů na netoxické, biologicky odbouratelné látky a jejich úplné mineralizaci na sloučeniny jako oxid uhličitý nebo uhličitany.
Čas odeslání: září-07-2023
