In brede zin verwijst elektrochemische oxidatie naar het hele proces van de elektrochemie, waarbij directe of indirecte elektrochemische reacties aan de elektrode plaatsvinden op basis van de principes van oxidatie-reductiereacties. Deze reacties zijn bedoeld om verontreinigende stoffen uit afvalwater te verminderen of te verwijderen.
Eng 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 de toepassing van gelijkstroom worden elektronen aan de anode geëxtraheerd, wat leidt tot de oxidatie van organische verbindingen. Als alternatief kunnen metalen met een lage valentie worden geoxideerd tot metaalionen met een hoge valentie aan de anode, die vervolgens deelnemen aan de oxidatie van organische verbindingen. Typisch 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 wordt verminderd en hun biologische afbreekbaarheid wordt verbeterd.
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 ze 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, waardoor 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 elektrochemische reductie worden genoemd. Het omvat de overdracht van elektronen om zware metaalionen zoals Cr6+ en Hg2+ naar hun lagere oxidatietoestanden te brengen. Bovendien kan het de hoeveelheid gechloreerde organische verbindingen verminderen en deze omzetten in minder giftige of niet-giftige stoffen, waardoor uiteindelijk hun biologische afbreekbaarheid wordt verbeterd:
R-Cl + H+ + e → RV + 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 omkeerbare en onomkeerbare processen. Omkeerbare processen (gemedieerde elektrochemische oxidatie) omvatten de regeneratie en recycling van redoxsoorten tijdens het elektrochemische proces. Onomkeerbare processen daarentegen maken gebruik van stoffen die worden gegenereerd door onomkeerbare 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 gesolvateerde elektronen, ·HO-radicalen, ·HO2-radicalen (hydroperoxylradicalen) en ·O2-radicalen (superoxide-anionen), die kunnen worden gebruikt om verontreinigende stoffen zoals cyanide, fenolen, af te breken en te elimineren. COD (Chemical Oxygen Demand) en S2-ionen, waardoor deze uiteindelijk worden omgezet in onschadelijke stoffen.
In het geval van directe anodische oxidatie kunnen lage concentraties van de reactanten de elektrochemische oppervlaktereactie beperken als gevolg van beperkingen van de massaoverdracht, terwijl deze beperking niet bestaat voor indirecte oxidatieprocessen. Tijdens zowel directe als indirecte oxidatieprocessen kunnen nevenreacties optreden waarbij H2- of O2-gas wordt gegenereerd, maar deze nevenreacties kunnen worden gecontroleerd door de selectie van elektrodematerialen en potentiële controle.
Elektrochemische oxidatie is effectief gebleken voor de behandeling van afvalwater met hoge organische concentraties, complexe samenstellingen, een groot aantal vuurvaste stoffen en hoge kleuring. Door gebruik te maken van anodes met elektrochemische activiteit kan deze technologie op efficiënte wijze zeer oxidatieve hydroxylradicalen genereren. Dit proces leidt tot de afbraak van persistente organische verontreinigende stoffen in niet-giftige, biologisch afbreekbare stoffen en hun volledige mineralisatie tot verbindingen zoals kooldioxide of carbonaten.
Posttijd: 07-sep-2023
