V širším smyslu se elektrochemická oxidace vztahuje na celý proces elektrochemie, který zahrnuje přímé nebo nepřímé elektrochemické reakce probíhající na elektrodě na základě principů oxidačně-redukčních reakcí. Tyto reakce mají za cíl snížit nebo odstranit znečišťující látky z odpadních vod.
Úzce definovaný termín elektrochemická oxidace se konkrétně vztahuje na anodický proces. V tomto procesu se organický roztok nebo suspenze zavádí do elektrolytického článku a aplikací stejnosměrného proudu se na anodě extrahují elektrony, což vede k oxidaci organických sloučenin. Alternativně lze kovy s nízkou valencí oxidovat na kovové ionty s vysokou valencí na anodě, které se poté podílejí na oxidaci organických sloučenin. Typicky určité funkční skupiny v organických sloučeninách vykazují elektrochemickou aktivitu. Pod vlivem elektrického pole se struktura těchto funkčních skupin mění, což mění chemické vlastnosti organických sloučenin, snižuje jejich toxicitu a zvyšuje jejich biologickou odbouratelnost.
Elektrochemickou oxidaci lze rozdělit do dvou typů: přímou oxidaci a nepřímou oxidaci. Přímá oxidace (přímá elektrolýza) zahrnuje přímé odstraňování znečišťujících látek z odpadních vod jejich oxidací na elektrodě. Tento proces zahrnuje anodický i katodický proces. Anodický proces zahrnuje oxidaci znečišťujících látek na povrchu anody, čímž je přeměňuje na méně toxické látky nebo látky, které jsou biologicky odbouratelné, čímž snižuje nebo eliminuje znečišťující látky. Katodický proces zahrnuje redukci znečišťujících látek na povrchu katody a používá se především k redukci a odstraňování halogenovaných uhlovodíků a k regeneraci 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. Kromě toho může redukovat chlorované organické sloučeniny a transformovat 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 k přeměně znečišťujících látek na méně toxické látky. Nepřímou elektrolýzu lze dále rozdělit na reverzibilní a nevratné procesy. Reverzibilní procesy (zprostředkovaná elektrochemická oxidace) zahrnují regeneraci a recyklaci redoxních sloučenin během elektrochemického procesu. Ireverzibilní procesy naopak využívají látky generované nevratnými elektrochemickými reakcemi, jako jsou silná oxidační činidla, jako je Cl2, chlorečnany, chlornany, H2O2 a O3, k oxidaci organických sloučenin. Ireverzibilní procesy mohou také generovat vysoce oxidační meziprodukty, včetně solvatovaných elektronů, radikálů ·HO, radikálů ·HO2 (hydroperoxylové radikály) a radikálů ·O2- (superoxidové anionty), které lze použít k degradaci a eliminaci znečišťujících látek, jako jsou kyanidy, fenoly, COD (chemická spotřeba kyslíku) a ionty S2-, a nakonec je transformovat na neškodné látky.
V případě přímé anodické oxidace mohou nízké koncentrace reaktantů omezit elektrochemickou povrchovou reakci kvůli omezením přenosu hmoty, zatímco toto omezení neexistuje u nepřímých oxidačních procesů. Během přímých i nepřímých oxidačních procesů mohou probíhat vedlejší reakce zahrnující tvorbu plynu H2 nebo O2, ale tyto vedlejší reakce lze kontrolovat výběrem elektrodových materiálů a regulací potenciálu.
Ukázalo se, že elektrochemická oxidace je účinná při čištění odpadních vod s vysokými koncentracemi organických látek, komplexním složením, množstvím žáruvzdorných látek a vysokým zbarvením. 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 je oxid uhličitý nebo uhličitany.
Čas zveřejnění: 7. září 2023
