اکسیداسیون الکتروشیمیایی

در مفهوم گسترده، اکسیداسیون الکتروشیمیایی به کل فرآیند الکتروشیمی اطلاق می‌شود که شامل واکنش‌های الکتروشیمیایی مستقیم یا غیرمستقیم است که بر اساس اصول واکنش‌های اکسیداسیون-کاهش در الکترود رخ می‌دهد. هدف این واکنش ها کاهش یا حذف آلاینده ها از فاضلاب است.

با تعریف محدود، اکسیداسیون الکتروشیمیایی به طور خاص به فرآیند آندی اشاره دارد. در این فرآیند، یک محلول یا سوسپانسیون آلی به سلول الکترولیتی وارد می‌شود و از طریق اعمال جریان مستقیم، الکترون‌ها در آند استخراج می‌شوند که منجر به اکسیداسیون ترکیبات آلی می‌شود. از طرف دیگر، فلزات کم ظرفیت را می توان به یون های فلزی با ظرفیت بالا در آند اکسید کرد، که سپس در اکسیداسیون ترکیبات آلی شرکت می کنند. به طور معمول، گروه های عاملی خاصی در ترکیبات آلی فعالیت الکتروشیمیایی از خود نشان می دهند. تحت تأثیر میدان الکتریکی، ساختار این گروه‌های عاملی دستخوش تغییراتی می‌شود و خواص شیمیایی ترکیبات آلی را تغییر می‌دهد، سمیت آنها را کاهش می‌دهد و تجزیه‌پذیری زیستی آنها را افزایش می‌دهد.

اکسیداسیون الکتروشیمیایی را می توان به دو نوع تقسیم کرد: اکسیداسیون مستقیم و اکسیداسیون غیر مستقیم. اکسیداسیون مستقیم (الکترولیز مستقیم) شامل حذف مستقیم آلاینده ها از فاضلاب با اکسید کردن آنها در الکترود است. این فرآیند شامل فرآیندهای آندی و کاتدی می شود. فرآیند آندی شامل اکسیداسیون آلاینده ها در سطح آند، تبدیل آنها به مواد سمی کمتر یا موادی است که زیست تخریب پذیرتر هستند و در نتیجه آلاینده ها را کاهش یا حذف می کند. فرآیند کاتدی شامل کاهش آلاینده ها در سطح کاتد است و در درجه اول برای کاهش و حذف هیدروکربن های هالوژنه و بازیافت فلزات سنگین استفاده می شود.

فرآیند کاتدی را می توان به عنوان کاهش الکتروشیمیایی نیز نامید. این شامل انتقال الکترون ها برای کاهش یون های فلزات سنگین مانند Cr6 + و Hg2 + به حالت های اکسیداسیون پایین تر است. علاوه بر این، می تواند ترکیبات آلی کلردار را کاهش دهد، آنها را به مواد کمتر سمی یا غیر سمی تبدیل کند و در نهایت تجزیه زیستی آنها را افزایش دهد:

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

اکسیداسیون غیرمستقیم (الکترولیز غیرمستقیم) شامل استفاده از عوامل اکسید کننده یا کاهنده الکتروشیمیایی به عنوان واکنش دهنده یا کاتالیزور برای تبدیل آلاینده ها به مواد سمی کمتر است. الکترولیز غیرمستقیم را می توان بیشتر به فرآیندهای برگشت پذیر و غیر قابل برگشت طبقه بندی کرد. فرآیندهای برگشت پذیر (اکسیداسیون الکتروشیمیایی با واسطه) شامل بازسازی و بازیافت گونه های ردوکس در طول فرآیند الکتروشیمیایی است. از سوی دیگر، فرآیندهای برگشت ناپذیر، از مواد تولید شده از واکنش های الکتروشیمیایی برگشت ناپذیر، مانند عوامل اکسید کننده قوی مانند Cl2، کلرات ها، هیپوکلریت ها، H2O2 و O3 برای اکسید کردن ترکیبات آلی استفاده می کنند. فرآیندهای برگشت‌ناپذیر همچنین می‌توانند واسطه‌های اکسیداتیو بسیار تولید کنند، از جمله الکترون‌های حل‌شده، رادیکال‌های HO، رادیکال‌های HO2 (رادیکال‌های هیدروپروکسیل)، و رادیکال‌های O2- (آنیون‌های سوپراکسید)، که می‌توانند برای تجزیه و از بین بردن آلاینده‌هایی مانند سیانید، فنل‌ها استفاده شوند. COD (تقاضای اکسیژن شیمیایی) و یونهای S2- که در نهایت آنها را به مواد بی ضرر

در مورد اکسیداسیون مستقیم آندی، غلظت کم واکنش دهنده می تواند واکنش سطح الکتروشیمیایی را به دلیل محدودیت های انتقال جرم محدود کند، در حالی که این محدودیت برای فرآیندهای اکسیداسیون غیرمستقیم وجود ندارد. در طی فرآیندهای اکسیداسیون مستقیم و غیرمستقیم، واکنش‌های جانبی شامل تولید گاز H2 یا O2 ممکن است رخ دهد، اما این واکنش‌های جانبی را می‌توان از طریق انتخاب مواد الکترود و کنترل پتانسیل کنترل کرد.

اکسیداسیون الکتروشیمیایی برای تصفیه فاضلاب با غلظت های آلی بالا، ترکیبات پیچیده، تعداد زیادی از مواد نسوز و رنگ آمیزی بالا موثر است. با استفاده از آندهایی با فعالیت الکتروشیمیایی، این فناوری می تواند به طور موثر رادیکال های هیدروکسیل بسیار اکسیداتیو تولید کند. این فرآیند منجر به تجزیه آلاینده های آلی پایدار به مواد غیر سمی و زیست تخریب پذیر و کانی سازی کامل آنها به ترکیباتی مانند دی اکسید کربن یا کربنات ها می شود.