В широком смысле под электрохимическим окислением понимают весь процесс электрохимии, включающий прямые или косвенные электрохимические реакции, протекающие на электроде и основанные на принципах окислительно-восстановительных реакций. Эти реакции направлены на уменьшение или удаление загрязняющих веществ из сточных вод.
В узком смысле электрохимическое окисление относится конкретно к анодному процессу. В этом процессе органический раствор или суспензия вводится в электролитическую ячейку, и за счет подачи постоянного тока электроны извлекаются на аноде, что приводит к окислению органических соединений. Альтернативно, металлы с низкой валентностью могут окисляться до ионов металлов с высокой валентностью на аноде, которые затем участвуют в окислении органических соединений. Обычно определенные функциональные группы органических соединений проявляют электрохимическую активность. Под действием электрического поля структура этих функциональных групп претерпевает изменения, изменяя химические свойства органических соединений, снижая их токсичность и повышая биоразлагаемость.
Электрохимическое окисление можно разделить на два типа: прямое окисление и непрямое окисление. Прямое окисление (прямой электролиз) предполагает прямое удаление загрязняющих веществ из сточных вод путем их окисления на электроде. Этот процесс включает в себя как анодный, так и катодный процессы. Анодный процесс включает 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 включает 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 перенос электронов для восстановления ионов тяжелых металлов, таких как Cr6+ и Hg2+, в их более низкие степени окисления. Кроме того, он может снижать содержание хлорированных органических соединений, превращая их в менее токсичные или нетоксичные вещества, что в конечном итоге повышает их биоразлагаемость:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Непрямое окисление (непрямой электролиз) предполагает использование окислителей или восстановителей, образующихся электрохимическим путем, в качестве реагентов или катализаторов для преобразования загрязняющих веществ в менее токсичные вещества. Непрямой электролиз можно разделить на обратимые и необратимые процессы. Обратимые процессы (опосредованное электрохимическое окисление) включают регенерацию и рециркуляцию окислительно-восстановительных веществ во время электрохимического процесса. С другой стороны, необратимые процессы используют вещества, образующиеся 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 привести к образованию высокоокислительных промежуточных продуктов, включая сольватированные электроны, радикалы ·HO, радикалы ·HO2 (гидропероксильные радикалы) и радикалы ·O2- (анионы супероксида), которые можно использовать для разложения и устранения загрязняющих веществ, таких как цианид, фенолы, ХПК (химическая потребность в кислороде) и ионы S2-, в конечном итоге превращающие 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 этого ограничения не существует. Во время процессов прямого и непрямого окисления могут возникать побочные реакции, связанные с образованием газообразных H2 или O2, но этими побочными реакциями можно управлять путем выбора материалов электродов и контроля потенциала.
Установлено, что электрохимическое окисление эффективно для очистки сточных вод с высоким содержанием 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 полной их минерализации до таких соединений, как углекислый газ или карбонаты.
Время публикации: 07 сентября 2023 г.
