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 tại điện cực dựa trên nguyên lý phản ứng oxy hóa-khử. Các phản ứng này nhằm mục đích giảm thiểu hoặc loại bỏ các chất gây ô nhiễm khỏi nước thải.
Theo định nghĩa hẹp, quá trình oxy hóa điện hóa đặc biệt đề cập đến quá trình anot. Trong quá trình này, dung dịch hoặc huyền phù hữu cơ được đưa vào một tế bào điện phân, và thông qua việc áp dụng dòng điện một chiều, các electron được tách ra ở anot, dẫn đến quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Ngoài ra, các kim loại có hóa trị thấp có thể bị oxy hóa thành các ion kim loại có hóa trị cao ở anot, sau đó 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 tính 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, giảm độc tính và tăng 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) bao gồm việc loại bỏ trực tiếp các chất gây 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 gây 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 gây ô nhiễm. Quá trình catot liên quan đến quá trình khử các chất gây 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 còn được gọi là khử điện hóa. Nó bao gồm sự chuyển giao electron để khử các ion kim loại nặng như Cr6+ và Hg2+ xuống trạng thái oxy hóa thấp hơn. Ngoài ra, nó có thể khử các hợp chất hữu cơ clo hóa, chuyển hóa chúng thành các chất ít độc hại hoặc không độc hại, cuối cùng 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 khử được tạo ra bằng điện hóa làm chất phản ứng hoặc chất xúc tác để chuyển hóa các chất gây ô nhiễm thành các chất ít độc hại hơn. Điện phân gián tiếp có thể được phân loại thêm thành các quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch. Các quá trình thuận nghịch (oxy hóa điện hóa trung gian) liên quan đến sự tái tạo và tái chế các chất 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 chất 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 solvat hóa, gốc ·HO, gốc ·HO2 (gốc hydroperoxyl) và gốc ·O2- (anion superoxide), có thể được sử dụng để phân hủy và loại bỏ các chất gây ô nhiễm như xyanua, phenol, COD (Nhu cầu oxy hóa học) và ion S2-, cuối cùng chuyển hóa 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 điện hóa bề mặt do hạn chế về truyền khối, trong khi hạn chế này không tồn tại đối với các quá trình oxy hóa gián tiếp. Trong cả hai quá trình oxy hóa trực tiếp và gián tiếp, các phản ứng phụ liên quan đến sự tạo thành 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 đã được chứng minh là hiệu quả trong xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao, thành phần phức tạp, chứa nhiều chất khó phân hủy và có màu sắc đậm. Bằng cách sử dụng các điện cực dương có hoạt tính điện hóa, công nghệ này có thể tạo ra các gốc hydroxyl có tính 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 khả năng phân hủy sinh học và quá trình khoáng hóa hoàn toàn chúng thành các hợp chất như carbon dioxide hoặc cacbonat.
Thời gian đăng bài: 07/09/2023
