Genel anlamda, elektrokimyasal oksidasyon, oksidasyon-indirgeme reaksiyonlarının prensiplerine dayalı olarak elektrot üzerinde gerçekleşen doğrudan veya dolaylı elektrokimyasal reaksiyonları içeren elektrokimya sürecinin tamamını ifade eder. Bu reaksiyonlar, atık sudaki kirleticileri azaltmayı veya uzaklaştırmayı amaçlar.
Dar anlamda elektrokimyasal oksidasyon, özellikle anot sürecini ifade eder. Bu süreçte, bir organik çözelti veya süspansiyon elektrolitik bir hücreye verilir ve doğru akım uygulanmasıyla anotta elektronlar çekilir, bu da organik bileşiklerin oksidasyonuna yol açar. Alternatif olarak, düşük değerlikli metaller anotta yüksek değerlikli metal iyonlarına oksitlenebilir ve bunlar daha sonra organik bileşiklerin oksidasyonuna katılır. Tipik olarak, organik bileşikler içindeki belirli fonksiyonel gruplar elektrokimyasal aktivite gösterir. Elektrik alanının etkisi altında, bu fonksiyonel grupların yapısı değişime uğrar, organik bileşiklerin kimyasal özelliklerini değiştirir, toksisitesini azaltır ve biyolojik olarak parçalanabilirliğini artırır.
Elektrokimyasal oksidasyon iki türe ayrılabilir: doğrudan oksidasyon ve dolaylı oksidasyon. Doğrudan oksidasyon (doğrudan elektroliz), atık sudaki kirleticilerin elektrot üzerinde oksitlenmesi yoluyla doğrudan uzaklaştırılmasını içerir. Bu işlem hem anodik hem de katodik süreçleri kapsar. Anodik süreç, kirleticilerin anot yüzeyinde oksitlenmesini, daha az toksik veya daha biyolojik olarak parçalanabilir maddelere dönüştürülmesini ve böylece kirleticilerin azaltılmasını veya ortadan kaldırılmasını içerir. Katodik süreç ise kirleticilerin katot yüzeyinde indirgenmesini içerir ve esas olarak halojenli hidrokarbonların indirgenmesi ve uzaklaştırılması ile ağır metallerin geri kazanımı için kullanılır.
Katodik işlem, elektrokimyasal indirgeme olarak da adlandırılabilir. Bu işlem, Cr6+ ve Hg2+ gibi ağır metal iyonlarını daha düşük oksidasyon durumlarına indirgemek için elektron transferini içerir. Ek olarak, klorlu organik bileşikleri indirgeyerek onları daha az toksik veya toksik olmayan maddelere dönüştürebilir ve sonuç olarak biyolojik olarak parçalanabilirliklerini artırabilir.
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Dolaylı oksidasyon (dolaylı elektroliz), kirleticileri daha az toksik maddelere dönüştürmek için reaktan veya katalizör olarak elektrokimyasal olarak üretilen oksitleyici veya indirgeyici maddelerin kullanılmasını içerir. Dolaylı elektroliz, tersinir ve tersinmez süreçler olarak further sınıflandırılabilir. Tersinir süreçler (aracılı elektrokimyasal oksidasyon), elektrokimyasal işlem sırasında redoks türlerinin yeniden üretilmesini ve geri dönüştürülmesini içerir. Tersinmez süreçler ise, organik bileşikleri oksitlemek için Cl2, kloratlar, hipokloritler, H2O2 ve O3 gibi güçlü oksitleyici maddeler gibi tersinmez elektrokimyasal reaksiyonlardan üretilen maddeleri kullanır. Geri dönüşümsüz süreçler, çözünmüş elektronlar, ·HO radikalleri, ·HO2 radikalleri (hidroperoksil radikalleri) ve ·O2- radikalleri (süperoksit anyonları) dahil olmak üzere yüksek oranda oksitleyici ara ürünler de üretebilir; bunlar siyanür, fenoller, KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) ve S2- iyonları gibi kirleticileri parçalayarak ortadan kaldırmak ve nihayetinde zararsız maddelere dönüştürmek için kullanılabilir.
Doğrudan anodik oksidasyon durumunda, düşük reaktan konsantrasyonları kütle transferi sınırlamaları nedeniyle elektrokimyasal yüzey reaksiyonunu sınırlayabilirken, dolaylı oksidasyon süreçlerinde bu sınırlama mevcut değildir. Hem doğrudan hem de dolaylı oksidasyon süreçlerinde, H2 veya O2 gazı oluşumunu içeren yan reaksiyonlar meydana gelebilir, ancak bu yan reaksiyonlar elektrot malzemelerinin seçimi ve potansiyel kontrolü yoluyla kontrol edilebilir.
Elektrokimyasal oksidasyonun, yüksek organik konsantrasyonlu, karmaşık bileşimli, çok sayıda dirençli madde içeren ve yüksek renklenme gösteren atık suların arıtılmasında etkili olduğu bulunmuştur. Elektrokimyasal aktiviteye sahip anotlar kullanılarak, bu teknoloji yüksek oksidatif hidroksil radikalleri üretebilir. Bu süreç, kalıcı organik kirleticilerin toksik olmayan, biyolojik olarak parçalanabilir maddelere ayrışmasına ve karbondioksit veya karbonatlar gibi bileşiklere tamamen mineralleşmesine yol açar.
Yayın tarihi: 07 Eylül 2023
