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 els contaminants de les aigües residuals.
Definida de manera estreta, 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, donant lloc a 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 de 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-ne la 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 tant processos anòdics com catòdics. El procés anòdic consisteix en l'oxidació dels contaminants a la superfície de l'ànode, convertint-los en substàncies menys tòxiques o en 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 denominar reducció electroquímica. Implica la transferència d'electrons per reduir els ions de metalls pesants com Cr6+ i Hg2+ als seus estats d'oxidació més baixos. A més, pot reduir els compostos orgànics clorats, transformant-los en substàncies menys tòxiques o no tòxiques, millorant en definitiva 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 els contaminants en substàncies menys tòxiques. L'electròlisi indirecta es pot classificar 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 intermedis altament oxidatius, inclosos electrons solvatats, radicals ·HO, ·radicals H2 (radicals hidroperoxil) i radicals ·O2- (anions superòxid), que es poden utilitzar per degradar i eliminar contaminants com el cianur, els fenols, DQO (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 superficial electroquímica a causa de les limitacions de transferència de massa, mentre que aquesta limitació no existeix per als processos d'oxidació indirecta. Durant els processos d'oxidació tant directes com indirectes, es poden produir reaccions secundaries que impliquen la generació de gas H2 o O2, però aquestes reaccions secundaris es poden controlar mitjançant la selecció de materials d'elèctrode i control de potencial.
S'ha trobat que l'oxidació electroquímica és eficaç per tractar aigües residuals amb altes concentracions orgàniques, composicions complexes, multitud de substàncies refractàries i alta coloració. Mitjançant l'ús d'ànodes amb activitat electroquímica, aquesta tecnologia pot generar de manera eficient radicals hidroxil altament oxidatius. Aquest procés condueix a la descomposició de contaminants orgànics persistents en substàncies no tòxiques i biodegradables i la seva completa mineralització en compostos com el diòxid de carboni o els carbonats.
Hora de publicació: Set-07-2023
