In senso lato, l'ossidazione elettrochimica si riferisce all'intero processo elettrochimico, che coinvolge reazioni elettrochimiche dirette o indirette che si verificano sull'elettrodo sulla base dei principi delle reazioni di ossidoriduzione. Queste reazioni mirano a ridurre o rimuovere gli inquinanti dalle acque reflue.
L'ossidazione elettrochimica, definita in senso stretto, si riferisce specificamente al processo anodico. In questo processo, una soluzione o sospensione organica viene introdotta in una cella elettrolitica e, attraverso l'applicazione di corrente continua, gli elettroni vengono estratti dall'anodo, portando all'ossidazione dei composti organici. In alternativa, i metalli a bassa valenza possono essere ossidati in ioni metallici ad alta valenza all'anodo, che poi partecipano all'ossidazione dei composti organici. Tipicamente, alcuni gruppi funzionali all'interno dei composti organici mostrano attività elettrochimica. Sotto l'influenza di un campo elettrico, la struttura di questi gruppi funzionali subisce cambiamenti, alterando le proprietà chimiche dei composti organici, riducendone la tossicità e aumentandone la biodegradabilità.
L'ossidazione elettrochimica può essere classificata in due tipi: ossidazione diretta e ossidazione indiretta. L'ossidazione diretta (elettrolisi diretta) comporta la rimozione diretta degli inquinanti dalle acque reflue ossidandoli sull'elettrodo. Questo processo include sia processi anodici che catodici. Il processo anodico prevede l'ossidazione degli inquinanti sulla superficie dell'anodo, convertendoli in sostanze meno tossiche o più biodegradabili, riducendo o eliminando così gli inquinanti. Il processo catodico prevede la riduzione degli inquinanti sulla superficie del catodo e viene utilizzato principalmente per la riduzione e rimozione degli idrocarburi alogenati e il recupero dei metalli pesanti.
Il processo catodico può anche essere definito riduzione elettrochimica. Implica il trasferimento di elettroni per ridurre gli ioni di metalli pesanti come Cr6+ e Hg2+ nei loro stati di ossidazione inferiori. Inoltre, può ridurre i composti organici clorurati, trasformandoli in sostanze meno tossiche o non tossiche, migliorandone infine la biodegradabilità:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
L'ossidazione indiretta (elettrolisi indiretta) prevede l'uso di agenti ossidanti o riducenti generati elettrochimicamente come reagenti o catalizzatori per convertire gli inquinanti in sostanze meno tossiche. L'elettrolisi indiretta può essere ulteriormente classificata in processi reversibili e irreversibili. I processi reversibili (ossidazione elettrochimica mediata) comportano la rigenerazione e il riciclo delle specie redox durante il processo elettrochimico. I processi irreversibili, d'altra parte, utilizzano sostanze generate da reazioni elettrochimiche irreversibili, come agenti ossidanti forti come Cl2, clorati, ipocloriti, H2O2 e O3, per ossidare i composti organici. I processi irreversibili possono anche generare intermedi altamente ossidativi, inclusi elettroni solvatati, radicali ·HO, radicali ·HO2 (radicali idroperossilici) e radicali ·O2- (anioni superossido), che possono essere utilizzati per degradare ed eliminare inquinanti come cianuro, fenoli, COD (Chemical Oxygen Demand) e ioni S2-, trasformandoli infine in sostanze innocue.
Nel caso dell'ossidazione anodica diretta, basse concentrazioni di reagenti possono limitare la reazione elettrochimica superficiale a causa delle limitazioni del trasferimento di massa, mentre questa limitazione non esiste per i processi di ossidazione indiretta. Durante i processi di ossidazione diretta e indiretta, possono verificarsi reazioni collaterali che comportano la generazione di gas H2 o O2, ma queste reazioni collaterali possono essere controllate attraverso la selezione dei materiali degli elettrodi e il controllo del potenziale.
L'ossidazione elettrochimica si è rivelata efficace per il trattamento delle acque reflue con elevate concentrazioni organiche, composizioni complesse, una moltitudine di sostanze refrattarie e un'elevata colorazione. Utilizzando anodi con attività elettrochimica, questa tecnologia può generare in modo efficiente radicali idrossilici altamente ossidativi. Questo processo porta alla decomposizione degli inquinanti organici persistenti in sostanze non tossiche e biodegradabili e alla loro completa mineralizzazione in composti come anidride carbonica o carbonati.
Orario di pubblicazione: 07 settembre 2023
