Էլեկտրաքիմիական օքսիդացում

Լայն իմաստով, էլեկտրաքիմիական օքսիդացումը վերաբերում է էլեկտրաքիմիայի ամբողջ գործընթացին, որը ներառում է էլեկտրոդում տեղի ունեցող ուղղակի կամ անուղղակի էլեկտրաքիմիական ռեակցիաներ՝ հիմնված օքսիդացման-վերականգնման ռեակցիաների սկզբունքների վրա: Այս ռեակցիաները նպատակ ունեն նվազեցնել կամ հեռացնել կեղտաջրերից աղտոտիչները:

Նեղ սահմանմամբ, էլեկտրաքիմիական օքսիդացումը հատկապես վերաբերում է անոդային գործընթացին: Այս գործընթացում օրգանական լուծույթ կամ սուսպենզիա է ներմուծվում էլեկտրոլիտիկ խցիկի մեջ, և հաստատուն հոսանքի կիրառման միջոցով էլեկտրոնները արդյունահանվում են անոդում, ինչը հանգեցնում է օրգանական միացությունների օքսիդացմանը: Այլընտրանքորեն, ցածր վալենտային մետաղները կարող են օքսիդացվել բարձր վալենտային մետաղական իոնների անոդում, որոնք այնուհետև մասնակցում են օրգանական միացությունների օքսիդացմանը: Սովորաբար, օրգանական միացությունների որոշակի ֆունկցիոնալ խմբեր ցուցաբերում են էլեկտրաքիմիական ակտիվություն: Էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ այս ֆունկցիոնալ խմբերի կառուցվածքը ենթարկվում է փոփոխությունների, որոնք փոխում են օրգանական միացությունների քիմիական հատկությունները, նվազեցնում դրանց թունավորությունը և բարելավում դրանց կենսաքայքայվելիությունը:

Էլեկտրաքիմիական օքսիդացումը կարելի է դասակարգել երկու տեսակի՝ ուղղակի օքսիդացում և անուղղակի օքսիդացում: Ուղղակի օքսիդացումը (ուղիղ էլեկտրոլիզ) ներառում է աղտոտիչների ուղղակի հեռացումը կեղտաջրերից՝ դրանք էլեկտրոդում օքսիդացնելով: Այս գործընթացը ներառում է ինչպես անոդային, այնպես էլ կաթոդային գործընթացներ: Անոդային գործընթացը ներառում է աղտոտիչների օքսիդացումը անոդի մակերեսին՝ դրանք վերածելով ավելի քիչ թունավոր նյութերի կամ ավելի կենսաքայքայվող նյութերի, այդպիսով նվազեցնելով կամ վերացնելով աղտոտիչները: Կաթոդային գործընթացը ներառում է աղտոտիչների վերականգնումը կաթոդի մակերեսին և հիմնականում օգտագործվում է հալոգենացված ածխաջրածինների վերականգնման և հեռացման, ինչպես նաև ծանր մետաղների վերականգնման համար:

Կաթոդային գործընթացը կարելի է անվանել նաև էլեկտրաքիմիական վերականգնում։ Այն ներառում է էլեկտրոնների փոխանցում՝ ծանր մետաղների իոնները, ինչպիսիք են Cr6+-ը և Hg2+-ը, վերականգնելու համար՝ հասցնելով դրանք իրենց ցածր օքսիդացման վիճակների։ Բացի այդ, այն կարող է վերականգնել քլորացված օրգանական միացությունները՝ դրանք վերածելով ավելի քիչ թունավոր կամ ոչ թունավոր նյութերի, ի վերջո բարելավելով դրանց կենսաքայքայման ունակությունը։

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

Անուղղակի օքսիդացումը (անուղղակի էլեկտրոլիզ) ներառում է էլեկտրաքիմիապես առաջացած օքսիդացնող կամ վերականգնող նյութերի օգտագործումը որպես ռեակտիվներ կամ կատալիզատորներ՝ աղտոտիչները ավելի քիչ թունավոր նյութերի վերածելու համար: Անուղղակի էլեկտրոլիզը կարող է հետագայում դասակարգվել շրջելի և անդարձելի պրոցեսների: Շրջելի պրոցեսները (միջնորդավորված էլեկտրաքիմիական օքսիդացում) ներառում են օքսիդա-վերականգնման տեսակների վերականգնումը և վերամշակումը էլեկտրաքիմիական պրոցեսի ընթացքում: Մյուս կողմից, անդարձելի պրոցեսները օգտագործում են անդարձելի էլեկտրաքիմիական ռեակցիաներից առաջացած նյութեր, ինչպիսիք են ուժեղ օքսիդացնող նյութերը, ինչպիսիք են Cl2-ը, քլորատները, հիպոքլորիտները, H2O2-ը և O3-ը՝ օրգանական միացությունները օքսիդացնելու համար: Անդարձելի պրոցեսները կարող են նաև առաջացնել բարձր օքսիդացնող միջանկյալ նյութեր, այդ թվում՝ լուծված էլեկտրոններ, ·HO2 ռադիկալներ, ·HO2 ռադիկալներ (հիդրոպերօքսիլ ռադիկալներ) և ·O2- ռադիկալներ (սուպերօքսիդ անիոններ), որոնք կարող են օգտագործվել աղտոտիչները, ինչպիսիք են ցիանիդը, ֆենոլները, COD-ը (քիմիական թթվածնի պահանջարկ) և S2- իոնները, քայքայելու և վերացնելու համար՝ ի վերջո դրանք վերածելով անվնաս նյութերի:

Ուղղակի անոդային օքսիդացման դեպքում ռեակտիվ նյութերի ցածր կոնցենտրացիաները կարող են սահմանափակել էլեկտրաքիմիական մակերևութային ռեակցիան զանգվածի փոխանցման սահմանափակումների պատճառով, մինչդեռ այս սահմանափակումը գոյություն չունի անուղղակի օքսիդացման գործընթացների համար: Ուղղակի և անուղղակի օքսիդացման գործընթացների ընթացքում կարող են տեղի ունենալ H2 կամ O2 գազի առաջացման հետ կապված կողմնակի ռեակցիաներ, սակայն այդ կողմնակի ռեակցիաները կարող են վերահսկվել էլեկտրոդային նյութերի ընտրության և պոտենցիալի վերահսկման միջոցով:

Էլեկտրաքիմիական օքսիդացումը արդյունավետ է բարձր օրգանական կոնցենտրացիաներով, բարդ կազմով, բազմաթիվ հրակայուն նյութերով և բարձր գունավորմամբ կեղտաջրերի մաքրման համար: Էլեկտրաքիմիական ակտիվությամբ անոդներ օգտագործելով՝ այս տեխնոլոգիան կարող է արդյունավետորեն առաջացնել բարձր օքսիդատիվ հիդրօքսիլային ռադիկալներ: Այս գործընթացը հանգեցնում է կայուն օրգանական աղտոտիչների քայքայմանը՝ վերածվելով ոչ թունավոր, կենսաքայքայվող նյութերի և դրանց լիակատար հանքայնացմանը՝ վերածվելով ածխաթթու գազի կամ կարբոնատների նման միացությունների: