Theo nghĩa rộng, quá trình oxy hóa điện hóa đề cập đến 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 các nguyên tắc của phản ứng oxy hóa khử. Các phản ứng này nhằm mục đích giảm hoặc loại bỏ các chất ô nhiễm khỏi nước thải.
Theo định nghĩa hẹp, quá trình oxy hóa điện hóa đề cập cụ thể đến quá trình anot. Trong quá trình này, dung dịch hữu cơ hoặc huyền phù được đưa vào một cell điện phân và thông qua ứng dụng của dòng điện một chiều, các electron được chiết xuất tại anot, dẫn đến quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Ngoài ra, các kim loại hóa trị thấp có thể được oxy hóa thành các ion kim loại hóa trị cao tại anot, sau đó tham gia vào quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Thông thường, một số nhóm chức năng 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 năng này trải qua những thay đổi, làm thay đổi các tính chất hóa học của các hợp chất hữu cơ, làm giảm độc tính của chúng và tăng cường khả năng phân hủy sinh học của chúng.
Quá trình oxy hóa điện hóa có thể được phân loại thành hai loại: oxy hóa trực tiếp và oxy hóa gián tiếp. 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 tại điện cực. Quá trình này bao gồm cả quá trình anot và catot. Quá trình anot liên quan đến quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm tại bề mặt anot, chuyển đổi chúng thành các chất ít độc hại hơn hoặc các chất dễ phân hủy sinh học hơn, do đó làm giảm hoặc loại bỏ các chất ô nhiễm. Quá trình catot liên quan đến việc khử các chất ô nhiễm tại bề mặt catot và chủ yếu được sử dụng để khử và loại bỏ các hydrocarbon halogen hóa và thu hồi kim loại nặng.
Quá trình catốt cũng có thể được gọi là quá trình khử điện hóa. Quá trình này liên quan đến việc chuyển electron để khử các ion kim loại nặng như Cr6+ và Hg2+ thành các trạng thái oxy hóa thấp hơn của chúng. Ngoài ra, quá trình này có thể khử các hợp chất hữu cơ có clo, biến chúng thành các chất ít độc hơn hoặc không độc, cuối cùng là tăng 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 tác nhân oxy hóa hoặc 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 trung gian) liên quan đến việc tái tạo và tái chế các loài oxy 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 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 anot trực tiếp, nồng độ chất phản ứng thấp có thể hạn chế phản ứng bề mặt điện hóa do hạn chế truyền 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 các 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 được phát hiện 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 màu sắc cao. Bằng cách sử dụng anot có hoạt tính điện hóa, công nghệ này có thể tạo ra hiệu quả các gốc hydroxyl oxy hóa cao. Quá trình này dẫn đến sự phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ dai dẳng 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 carbonate.
Thời gian đăng: 07-09-2023
