Theo nghĩa rộng, quá trình oxy hóa điện hóa dùng để chỉ toàn bộ quá trình điện hóa, bao gồm các phản ứng điện hóa trực tiếp hoặc gián tiếp xảy ra ở điện cực dựa trên nguyên lý của phản ứng oxy hóa – khử. Những phản ứng này nhằm mục đích giảm hoặc loại bỏ các chất ô nhiễm khỏi nước thải.
Được định nghĩa một cách hẹp, quá trình oxy hóa điện hóa đặc biệt đề cập đến quá trình anốt. Trong quá trình này, dung dịch hữu cơ hoặc huyền phù được đưa vào tế bào điện phân và thông qua việc sử dụng dòng điện một chiều, các electron được tách ra ở cực dương, dẫn đến quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Ngoài ra, kim loại có hóa trị thấp có thể bị oxy hóa thành các ion kim loại có hóa trị cao ở cực dương, sau đó ion này tham gia vào quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Thông thường, một số nhóm chức nhất định trong các hợp chất hữu cơ thể hiện hoạt động điện hóa. Dưới tác động của điện trường, cấu trúc của các nhóm chức này trải qua những thay đổi, làm thay đổi tính chất hóa học của các hợp chất hữu cơ, làm giảm độc tính và tăng cường khả năng phân hủy sinh học của chúng.
Quá trình oxy hóa điện hóa có thể được phân thành hai loại: quá trình oxy hóa trực tiếp và quá trình oxy hóa gián tiếp. Quá trình oxy hóa trực tiếp (điện phân trực tiếp) liên quan đến việc loại bỏ trực tiếp các chất ô nhiễm khỏi nước thải bằng cách oxy hóa chúng ở điện cực. Quá trình này bao gồm cả quá trình anốt và catốt. Quá trình anốt bao gồm quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm ở bề mặt cực dương, chuyển chúng thành các chất ít độc hại hơn hoặc các chất dễ phân hủy sinh học hơn, từ đó làm giảm hoặc loại bỏ các chất ô nhiễm. Quá trình catốt liên quan đến việc giảm các chất ô nhiễm ở bề mặt catốt và chủ yếu được sử dụng để khử và loại bỏ hydrocarbon halogen hóa và thu hồi kim loại nặng.
Quá trình catốt cũng có thể được gọi là quá trình khử điện hóa. Nó liên quan đến việc chuyển các electron để khử các ion kim loại nặng như Cr6+ và Hg2+ về trạng thái oxy hóa thấp hơn. Ngoài ra, nó có thể làm giảm các hợp chất hữu cơ clo hóa, biến chúng thành các chất ít độc hơn hoặc không độc hại, cuối cùng là tăng cường khả năng phân hủy sinh học của chúng:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Quá trình oxy hóa gián tiếp (điện phân gián tiếp) liên quan đến việc sử dụng các chất oxy hóa hoặc chất khử được tạo ra bằng điện hóa làm chất phản ứng hoặc chất xúc tác để chuyển đổi các chất ô nhiễm thành các chất ít độc hơn. Điện phân gián tiếp có thể được phân loại thành các quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch. Các quá trình thuận nghịch (oxy hóa điện hóa qua trung gian) liên quan đến việc tái tạo và tái chế các loại oxi hóa khử trong quá trình điện hóa. Mặt khác, các quá trình không thuận nghịch sử dụng các chất được tạo ra từ các phản ứng điện hóa không thuận nghịch, chẳng hạn như các tác nhân oxy hóa mạnh như Cl2, clorat, hypoclorit, H2O2 và O3, để oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Các quá trình không thuận nghịch cũng có thể tạo ra các chất trung gian có tính oxy hóa cao, bao gồm các electron hòa tan, · gốc HO, · gốc HO2 (gốc hydroperoxyl) và · gốc O2 (anion superoxide), có thể được sử dụng để phân hủy và loại bỏ các chất ô nhiễm như xyanua, phenol, COD (Nhu cầu oxy hóa học) và các ion S2-, cuối cùng biến chúng thành các chất vô hại.
Trong trường hợp oxy hóa anốt trực tiếp, nồng độ chất phản ứng thấp có thể hạn chế phản ứng điện hóa bề mặt do hạn chế chuyển khối, trong khi hạn chế này không tồn tại đối với các quá trình oxy hóa gián tiếp. Trong cả quá trình oxy hóa trực tiếp và gián tiếp, các phản ứng phụ liên quan đến việc tạo ra khí H2 hoặc O2 có thể xảy ra, nhưng những phản ứng phụ này có thể được kiểm soát thông qua việc lựa chọn vật liệu điện cực và kiểm soát điện thế.
Quá trình oxy hóa điện hóa đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc xử lý nước thải có nồng độ hữu cơ cao, thành phần phức tạp, nhiều chất chịu lửa và có màu sắc cao. Bằng cách sử dụng cực dương có hoạt tính điện hóa, công nghệ này có thể tạo ra các gốc hydroxyl có khả năng oxy hóa cao một cách hiệu quả. Quá trình này dẫn đến sự phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy thành các chất không độc hại, có thể phân hủy sinh học và khoáng hóa hoàn toàn chúng thành các hợp chất như carbon dioxide hoặc cacbonat.
Thời gian đăng: Sep-07-2023
