Pengoksidaan Elektrokimia

Dalam erti kata yang luas, pengoksidaan elektrokimia merujuk kepada keseluruhan proses elektrokimia, yang melibatkan tindak balas elektrokimia secara langsung atau tidak langsung yang berlaku pada elektrod berdasarkan prinsip tindak balas pengoksidaan-penurunan. Tindak balas ini bertujuan untuk mengurangkan atau menyingkirkan bahan pencemar daripada air sisa.

Pengoksidaan elektrokimia yang ditakrifkan secara sempit secara khusus merujuk kepada proses anodik. Dalam proses ini, larutan atau ampaian organik dimasukkan ke dalam sel elektrolitik, dan melalui penggunaan arus terus, elektron diekstrak di anod, yang membawa kepada pengoksidaan sebatian organik. Secara alternatif, logam valens rendah boleh dioksidakan kepada ion logam valens tinggi di anod, yang kemudiannya mengambil bahagian dalam pengoksidaan sebatian organik. Biasanya, kumpulan berfungsi tertentu dalam sebatian organik mempamerkan aktiviti elektrokimia. Di bawah pengaruh medan elektrik, struktur kumpulan berfungsi ini mengalami perubahan, mengubah sifat kimia sebatian organik, mengurangkan ketoksikannya, dan meningkatkan kebolehuraian biologinya.

Pengoksidaan elektrokimia boleh dikategorikan kepada dua jenis: pengoksidaan langsung dan pengoksidaan tidak langsung. Pengoksidaan langsung (elektrolisis langsung) melibatkan penyingkiran langsung bahan pencemar daripada air sisa dengan mengoksidakannya pada elektrod. Proses ini merangkumi proses anodik dan katodik. Proses anodik melibatkan pengoksidaan bahan pencemar pada permukaan anod, menukarkannya kepada bahan yang kurang toksik atau bahan yang lebih terbiodegradasi, sekali gus mengurangkan atau menghapuskan bahan pencemar. Proses katodik melibatkan pengurangan bahan pencemar pada permukaan katod dan digunakan terutamanya untuk pengurangan dan penyingkiran hidrokarbon terhalogen dan pemulihan logam berat.

Proses katodik juga boleh dirujuk sebagai penurunan elektrokimia. Ia melibatkan pemindahan elektron untuk mengurangkan ion logam berat seperti Cr6+ dan Hg2+ ke dalam keadaan pengoksidaan yang lebih rendah. Selain itu, ia boleh mengurangkan sebatian organik berklorin, mengubahnya menjadi bahan yang kurang toksik atau tidak toksik, dan akhirnya meningkatkan kebolehuraian biologinya:

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

Pengoksidaan tidak langsung (elektrolisis tidak langsung) melibatkan penggunaan agen pengoksidaan atau penurunan yang dihasilkan secara elektrokimia sebagai bahan tindak balas atau pemangkin untuk menukar bahan pencemar kepada bahan yang kurang toksik. Elektrolisis tidak langsung boleh dikelaskan lagi kepada proses boleh balik dan tidak boleh balik. Proses boleh balik (pengoksidaan elektrokimia yang dimediasi) melibatkan penjanaan semula dan kitar semula spesies redoks semasa proses elektrokimia. Sebaliknya, proses tidak boleh balik menggunakan bahan yang dihasilkan daripada tindak balas elektrokimia tidak boleh balik, seperti agen pengoksidaan kuat seperti Cl2, klorat, hipoklorit, H2O2, dan O3, untuk mengoksidakan sebatian organik. Proses tidak boleh balik juga boleh menghasilkan perantaraan yang sangat oksidatif, termasuk elektron terlarut, radikal ·HO, radikal ·HO2 (radikal hidroperoksil), dan radikal ·O2- (anion superoksida), yang boleh digunakan untuk menguraikan dan menghapuskan bahan pencemar seperti sianida, fenol, COD (Permintaan Oksigen Kimia), dan ion S2-, akhirnya mengubahnya menjadi bahan yang tidak berbahaya.

Dalam kes pengoksidaan anodik langsung, kepekatan bahan tindak balas yang rendah boleh mengehadkan tindak balas permukaan elektrokimia disebabkan oleh batasan pemindahan jisim, manakala batasan ini tidak wujud untuk proses pengoksidaan tidak langsung. Semasa proses pengoksidaan langsung dan tidak langsung, tindak balas sampingan yang melibatkan penjanaan gas H2 atau O2 mungkin berlaku, tetapi tindak balas sampingan ini boleh dikawal melalui pemilihan bahan elektrod dan kawalan potensi.

Pengoksidaan elektrokimia didapati berkesan untuk merawat air sisa dengan kepekatan organik yang tinggi, komposisi kompleks, pelbagai bahan refraktori dan pewarnaan yang tinggi. Dengan menggunakan anod dengan aktiviti elektrokimia, teknologi ini dapat menghasilkan radikal hidroksil yang sangat oksidatif dengan cekap. Proses ini membawa kepada penguraian bahan pencemar organik yang berterusan kepada bahan yang tidak toksik dan boleh terbiodegradasi dan pemineralannya yang lengkap kepada sebatian seperti karbon dioksida atau karbonat.