En un sentit ampli, l'oxidació electroquímica fa referència a tot el procés d'electroquímica, que implica reaccions electroquímiques directes o indirectes que es produeixen a l'elèctrode basades en els principis de les reaccions d'oxidació-reducció. Aquestes reaccions tenen com a objectiu reduir o eliminar contaminants de les aigües residuals.
Definida de manera estricta, l'oxidació electroquímica es refereix específicament al procés anòdic. En aquest procés, s'introdueix una solució o suspensió orgànica en una cel·la electrolítica i, mitjançant l'aplicació de corrent continu, s'extreuen electrons a l'ànode, cosa que provoca l'oxidació dels compostos orgànics. Alternativament, els metalls de baixa valència es poden oxidar a ions metàl·lics d'alta valència a l'ànode, que després participen en l'oxidació dels compostos orgànics. Normalment, certs grups funcionals dins dels compostos orgànics presenten activitat electroquímica. Sota la influència d'un camp elèctric, l'estructura d'aquests grups funcionals experimenta canvis, alterant les propietats químiques dels compostos orgànics, reduint la seva toxicitat i millorant la seva biodegradabilitat.
L'oxidació electroquímica es pot classificar en dos tipus: oxidació directa i oxidació indirecta. L'oxidació directa (electròlisi directa) implica l'eliminació directa de contaminants de les aigües residuals oxidant-los a l'elèctrode. Aquest procés inclou processos anòdics i catòdics. El procés anòdic implica l'oxidació de contaminants a la superfície de l'ànode, convertint-los en substàncies menys tòxiques o substàncies més biodegradables, reduint o eliminant així els contaminants. El procés catòdic implica la reducció de contaminants a la superfície del càtode i s'utilitza principalment per a la reducció i eliminació d'hidrocarburs halogenats i la recuperació de metalls pesants.
El procés catòdic també es pot anomenar reducció electroquímica. Implica la transferència d'electrons per reduir ions de metalls pesants com ara Cr6+ i Hg2+ als seus estats d'oxidació inferiors. A més, pot reduir els compostos orgànics clorats, transformant-los en substàncies menys tòxiques o no tòxiques, millorant finalment la seva biodegradabilitat:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
L'oxidació indirecta (electròlisi indirecta) implica l'ús d'agents oxidants o reductors generats electroquímicament com a reactius o catalitzadors per convertir contaminants en substàncies menys tòxiques. L'electròlisi indirecta es pot classificar encara més en processos reversibles i irreversibles. Els processos reversibles (oxidació electroquímica mediada) impliquen la regeneració i el reciclatge d'espècies redox durant el procés electroquímic. Els processos irreversibles, en canvi, utilitzen substàncies generades a partir de reaccions electroquímiques irreversibles, com ara agents oxidants forts com Cl2, clorats, hipoclorits, H2O2 i O3, per oxidar compostos orgànics. Els processos irreversibles també poden generar intermediaris altament oxidatius, incloent electrons solvats, radicals ·HO, radicals ·HO2 (radicals hidroperoxil) i radicals ·O2- (anions superòxid), que es poden utilitzar per degradar i eliminar contaminants com ara cianur, fenols, COD (demanda química d'oxigen) i ions S2-, transformant-los finalment en substàncies inofensives.
En el cas de l'oxidació anòdica directa, les baixes concentracions de reactius poden limitar la reacció electroquímica superficial a causa de les limitacions de transferència de massa, mentre que aquesta limitació no existeix per als processos d'oxidació indirecta. Tant durant els processos d'oxidació directa com indirecta, poden produir-se reaccions secundàries que impliquen la generació de gas H2 o O2, però aquestes reaccions secundàries es poden controlar mitjançant la selecció dels materials dels elèctrodes i el control del potencial.
S'ha descobert que l'oxidació electroquímica és eficaç per al tractament d'aigües residuals amb altes concentracions orgàniques, composicions complexes, multitud de substàncies refractàries i alta coloració. Mitjançant la utilització d'ànodes amb activitat electroquímica, aquesta tecnologia pot generar eficientment radicals hidroxil altament oxidatius. Aquest procés condueix a la descomposició de contaminants orgànics persistents en substàncies biodegradables no tòxiques i la seva mineralització completa en compostos com el diòxid de carboni o els carbonats.
Data de publicació: 07 de setembre de 2023
