В широком смысле электрохимическое окисление относится ко всему процессу электрохимии, который включает прямые или косвенные электрохимические реакции, происходящие на электроде на основе принципов окислительно-восстановительных реакций. Целью этих реакций является уменьшение или удаление загрязняющих веществ из сточных вод.
В узком смысле электрохимическое окисление относится именно к анодному процессу. В этом процессе органический раствор или суспензия вводится в электролитическую ячейку, и посредством применения постоянного тока электроны извлекаются на аноде, что приводит к окислению органических соединений. В качестве альтернативы низковалентные металлы могут окисляться до высоковалентных ионов металлов на аноде, которые затем участвуют в окислении органических соединений. Как правило, определенные функциональные группы в органических соединениях проявляют электрохимическую активность. Под воздействием электрического поля структура этих функциональных групп претерпевает изменения, изменяя химические свойства органических соединений, снижая их токсичность и повышая их биоразлагаемость.
Электрохимическое окисление можно разделить на два типа: прямое окисление и косвенное окисление. Прямое окисление (прямой электролиз) подразумевает прямое удаление загрязняющих веществ из сточных вод путем их окисления на электроде. Этот процесс включает как анодные, так и катодные процессы. Анодный процесс подразумевает окисление загрязняющих веществ на поверхности анода, превращая их в менее токсичные вещества или вещества, которые более биоразлагаемы, тем самым уменьшая или устраняя загрязняющие вещества. Катодный процесс подразумевает восстановление загрязняющих веществ на поверхности катода и в основном используется для восстановления и удаления галогенированных углеводородов и восстановления тяжелых металлов.
Катодный процесс также можно назвать электрохимическим восстановлением. Он включает в себя перенос электронов для восстановления ионов тяжелых металлов, таких как Cr6+ и Hg2+, в их более низкие степени окисления. Кроме того, он может восстанавливать хлорированные органические соединения, превращая их в менее токсичные или нетоксичные вещества, в конечном итоге повышая их биоразлагаемость:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Непрямое окисление (непрямой электролиз) подразумевает использование электрохимически полученных окислителей или восстановителей в качестве реагентов или катализаторов для преобразования загрязняющих веществ в менее токсичные вещества. Непрямой электролиз можно далее классифицировать на обратимые и необратимые процессы. Обратимые процессы (опосредованное электрохимическое окисление) предполагают регенерацию и рециркуляцию окислительно-восстановительных видов во время электрохимического процесса. Необратимые процессы, с другой стороны, используют вещества, полученные в результате необратимых электрохимических реакций, такие как сильные окислители, такие как Cl2, хлораты, гипохлориты, H2O2 и O3, для окисления органических соединений. Необратимые процессы также могут генерировать высокоокислительные промежуточные продукты, включая сольватированные электроны, радикалы ·HO, радикалы ·HO2 (гидропероксильные радикалы) и радикалы ·O2- (супероксидные анионы), которые можно использовать для разложения и устранения загрязняющих веществ, таких как цианид, фенолы, ХПК (химическое потребление кислорода) и ионы S2-, в конечном итоге превращая их в безвредные вещества.
В случае прямого анодного окисления низкие концентрации реагентов могут ограничивать электрохимическую поверхностную реакцию из-за ограничений массопереноса, тогда как для процессов непрямого окисления это ограничение отсутствует. В ходе как прямых, так и непрямых процессов окисления могут происходить побочные реакции, включающие образование газа H2 или O2, но эти побочные реакции можно контролировать путем выбора материалов электродов и управления потенциалом.
Электрохимическое окисление оказалось эффективным для очистки сточных вод с высокой концентрацией органических веществ, сложным составом, множеством тугоплавких веществ и высокой окраской. Используя аноды с электрохимической активностью, эта технология может эффективно генерировать высокоокислительные гидроксильные радикалы. Этот процесс приводит к разложению стойких органических загрязнителей на нетоксичные, биоразлагаемые вещества и их полной минерализации в соединения, такие как диоксид углерода или карбонаты.
Время публикации: 07-сен-2023
