Oksidimi elektrokimik

Në një kuptim të gjerë, oksidimi elektrokimik i referohet të gjithë procesit të elektrokimisë, i cili përfshin reaksione elektrokimike të drejtpërdrejta ose të tërthorta që ndodhin në elektrodë bazuar në parimet e reaksioneve të oksido-reduktimit. Këto reaksione synojnë të zvogëlojnë ose largojnë ndotësit nga ujërat e zeza.

I përcaktuar ngushtë, oksidimi elektrokimik i referohet konkretisht procesit anodik. Në këtë proces, një tretësirë ​​ose pezullim organik futet në një qelizë elektrolitike dhe, nëpërmjet aplikimit të rrymës së vazhdueshme, elektronet nxirren në anodë, duke çuar në oksidimin e përbërjeve organike. Nga ana tjetër, metalet me valencë të ulët mund të oksidohen në jone metalike me valencë të lartë në anodë, të cilat më pas marrin pjesë në oksidimin e përbërjeve organike. Në mënyrë tipike, grupe të caktuara funksionale brenda përbërjeve organike shfaqin aktivitet elektrokimik. Nën ndikimin e një fushe elektrike, struktura e këtyre grupeve funksionale pëson ndryshime, duke ndryshuar vetitë kimike të përbërjeve organike, duke zvogëluar toksicitetin e tyre dhe duke rritur biodegradueshmërinë e tyre.

Oksidimi elektrokimik mund të kategorizohet në dy lloje: oksidim i drejtpërdrejtë dhe oksidim i tërthortë. Oksidimi i drejtpërdrejtë (elektroliza e drejtpërdrejtë) përfshin largimin e drejtpërdrejtë të ndotësve nga ujërat e zeza duke i oksiduar ato në elektrodë. Ky proces përfshin si proceset anodike ashtu edhe ato katodike. Procesi anodik përfshin oksidimin e ndotësve në sipërfaqen e anodës, duke i shndërruar ato në substanca më pak toksike ose substanca që janë më biodegraduese, duke zvogëluar ose eliminuar kështu ndotësit. Procesi katodik përfshin reduktimin e ndotësve në sipërfaqen e katodës dhe përdoret kryesisht për reduktimin dhe heqjen e hidrokarbureve të halogjenizuara dhe rikuperimin e metaleve të rënda.

Procesi katodik mund të quhet edhe reduktim elektrokimik. Ai përfshin transferimin e elektroneve për të reduktuar jonet e metaleve të rënda si Cr6+ dhe Hg2+ në gjendjet e tyre më të ulëta të oksidimit. Përveç kësaj, ai mund të reduktojë komponimet organike të kloruara, duke i transformuar ato në substanca më pak toksike ose jo-toksike, duke rritur në fund të fundit biodegradueshmërinë e tyre:

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

Oksidimi indirekt (elektroliza indirekte) përfshin përdorimin e agjentëve oksidues ose reduktues të gjeneruar elektrokimikisht si reaktantë ose katalizatorë për të shndërruar ndotësit në substanca më pak toksike. Elektroliza indirekte mund të klasifikohet më tej në procese të kthyeshme dhe të pakthyeshme. Proceset e kthyeshme (oksidimi elektrokimik i ndërmjetësuar) përfshijnë rigjenerimin dhe riciklimin e specieve redoks gjatë procesit elektrokimik. Proceset e pakthyeshme, nga ana tjetër, përdorin substanca të gjeneruara nga reaksione elektrokimike të pakthyeshme, të tilla si agjentë të fortë oksidues si Cl2, klorate, hipoklorite, H2O2 dhe O3, për të oksiduar përbërjet organike. Proceset e pakthyeshme gjithashtu mund të gjenerojnë ndërmjetës shumë oksidues, duke përfshirë elektrone të tretura, radikale ·HO, radikale ·HO2 (radikale hidroperoksilike) dhe radikale ·O2- (anione superoksidi), të cilat mund të përdoren për të degraduar dhe eliminuar ndotës të tillë si cianidi, fenolet, COD (Kërkesa Kimike për Oksigjen) dhe jonet S2-, duke i transformuar ato në substanca të padëmshme.

Në rastin e oksidimit të drejtpërdrejtë anodik, përqendrimet e ulëta të reaktantëve mund të kufizojnë reaksionin sipërfaqësor elektrokimik për shkak të kufizimeve të transferimit të masës, ndërsa ky kufizim nuk ekziston për proceset e oksidimit indirekt. Gjatë proceseve të oksidimit të drejtpërdrejtë dhe indirekt, mund të ndodhin reaksione anësore që përfshijnë gjenerimin e gazit H2 ose O2, por këto reaksione anësore mund të kontrollohen përmes përzgjedhjes së materialeve të elektrodës dhe kontrollit të potencialit.

Oksidimi elektrokimik është gjetur të jetë efektiv për trajtimin e ujërave të ndotura me përqendrime të larta organike, përbërje komplekse, një mori substancash zjarrduruese dhe ngjyrosje të lartë. Duke përdorur anoda me aktivitet elektrokimik, kjo teknologji mund të gjenerojë në mënyrë efikase radikale hidroksil me oksidim të lartë. Ky proces çon në dekompozimin e ndotësve organikë të qëndrueshëm në substanca jo-toksike, të biodegradueshme dhe mineralizimin e tyre të plotë në komponime si dioksidi i karbonit ose karbonatet.