In brede zin verwijst elektrochemische oxidatie naar het gehele proces van elektrochemie, dat bestaat uit directe of indirecte elektrochemische reacties die plaatsvinden aan de elektrode, gebaseerd op de principes van oxidatie-reductiereacties. Deze reacties zijn gericht op het verminderen of verwijderen van verontreinigende stoffen uit afvalwater.
Nauw gedefinieerd verwijst elektrochemische oxidatie specifiek naar het anodische proces. Bij dit proces wordt een organische oplossing of suspensie in een elektrolytische cel gebracht en door middel van gelijkstroom worden elektronen aan de anode onttrokken, wat leidt tot de oxidatie van organische verbindingen. Als alternatief kunnen laagwaardige metalen aan de anode worden geoxideerd tot hoogwaardige metaalionen, die vervolgens deelnemen aan de oxidatie van organische verbindingen. Doorgaans vertonen bepaalde functionele groepen binnen organische verbindingen elektrochemische activiteit. Onder invloed van een elektrisch veld ondergaat de structuur van deze functionele groepen veranderingen, waardoor de chemische eigenschappen van de organische verbindingen veranderen, hun toxiciteit afneemt en hun biologische afbreekbaarheid verbetert.
Elektrochemische oxidatie kan worden onderverdeeld in twee typen: directe oxidatie en indirecte oxidatie. Directe oxidatie (directe elektrolyse) omvat de directe verwijdering van verontreinigende stoffen uit afvalwater door deze aan de elektrode te oxideren. Dit proces omvat zowel anodische als kathodische processen. Het anodische proces omvat de oxidatie van verontreinigende stoffen aan het anodeoppervlak, waarbij deze worden omgezet in minder giftige stoffen of stoffen die beter biologisch afbreekbaar zijn, waardoor verontreinigende stoffen worden verminderd of geëlimineerd. Het kathodische proces omvat de reductie van verontreinigende stoffen aan het kathodeoppervlak en wordt voornamelijk gebruikt voor de reductie en verwijdering van gehalogeneerde koolwaterstoffen en de terugwinning van zware metalen.
Het kathodische proces kan ook wel elektrochemische reductie worden genoemd. Het omvat de overdracht van elektronen om zware metaalionen zoals Cr6+ en Hg2+ te reduceren tot hun lagere oxidatietoestanden. Bovendien kan het gechloreerde organische verbindingen reduceren, waardoor ze worden omgezet in minder giftige of niet-giftige stoffen, wat uiteindelijk hun biologische afbreekbaarheid verbetert:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Indirecte oxidatie (indirecte elektrolyse) omvat het gebruik van elektrochemisch gegenereerde oxidatie- of reductiemiddelen als reactanten of katalysatoren om verontreinigende stoffen om te zetten in minder giftige stoffen. Indirecte elektrolyse kan verder worden onderverdeeld in reversibele en irreversibele processen. Reversibele processen (gemedieerde elektrochemische oxidatie) omvatten de regeneratie en recycling van redoxspecies tijdens het elektrochemische proces. Irreversibele processen daarentegen gebruiken stoffen die ontstaan bij irreversibele elektrochemische reacties, zoals sterke oxidatiemiddelen zoals Cl2, chloraten, hypochlorieten, H2O2 en O3, om organische verbindingen te oxideren. Onomkeerbare processen kunnen ook zeer oxidatieve tussenproducten genereren, waaronder opgeloste elektronen, ·HO-radicalen, ·HO2-radicalen (hydroperoxylradicalen) en ·O2- radicalen (superoxide-anionen). Deze kunnen worden gebruikt om vervuilende stoffen als cyanide, fenolen, COD (chemisch zuurstofverbruik) en S2- ionen af te breken en te verwijderen. Uiteindelijk worden ze omgezet in onschadelijke stoffen.
Bij directe anodische oxidatie kunnen lage concentraties reactanten de elektrochemische oppervlaktereactie beperken vanwege beperkingen in de massaoverdracht, terwijl deze beperking niet bestaat bij indirecte oxidatieprocessen. Tijdens zowel directe als indirecte oxidatieprocessen kunnen nevenreacties optreden waarbij H₂- of O₂-gas ontstaat, maar deze nevenreacties kunnen worden gecontroleerd door de keuze van elektrodematerialen en potentiaalregeling.
Elektrochemische oxidatie is effectief gebleken voor de behandeling van afvalwater met hoge organische concentraties, complexe samenstellingen, een veelheid aan refractaire stoffen en een hoge verkleuring. Door gebruik te maken van anoden met elektrochemische activiteit kan deze technologie efficiënt sterk oxidatieve hydroxylradicalen genereren. Dit proces leidt tot de afbraak van persistente organische verontreinigingen tot niet-toxische, biologisch afbreekbare stoffen en hun volledige mineralisatie tot verbindingen zoals koolstofdioxide of carbonaten.
Plaatsingstijd: 07-09-2023
