In senso lato, l'ossidazione elettrochimica si riferisce all'intero processo elettrochimico, che coinvolge reazioni elettrochimiche dirette o indirette che avvengono all'elettrodo, basate sui principi delle reazioni di ossidoriduzione. Queste reazioni mirano a ridurre o rimuovere gli inquinanti dalle acque reflue.
In senso stretto, l'ossidazione elettrochimica si riferisce specificamente al processo anodico. In questo processo, una soluzione o sospensione organica viene introdotta in una cella elettrolitica e, tramite l'applicazione di corrente continua, gli elettroni vengono estratti all'anodo, portando all'ossidazione dei composti organici. In alternativa, i metalli a bassa valenza possono essere ossidati all'anodo in ioni metallici ad alta valenza, che partecipano quindi 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 modifiche, alterando le proprietà chimiche dei composti organici, riducendone la tossicità e migliorandone la biodegradabilità.
L'ossidazione elettrochimica può essere suddivisa in due tipologie: ossidazione diretta e ossidazione indiretta. L'ossidazione diretta (elettrolisi diretta) comporta la rimozione diretta degli inquinanti dalle acque reflue mediante ossidazione all'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 la rimozione degli idrocarburi alogenati e il recupero dei metalli pesanti.
Il processo catodico può anche essere definito riduzione elettrochimica. Comporta il trasferimento di elettroni per ridurre gli ioni di metalli pesanti come Cr6+ e Hg2+ ai loro stati di ossidazione inferiori. Inoltre, può ridurre i composti organici clorurati, trasformandoli in sostanze meno tossiche o non tossiche, migliorandone in definitiva la biodegradabilità:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
L'ossidazione indiretta (elettrolisi indiretta) prevede l'utilizzo 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 di specie redox durante il processo elettrochimico. I processi irreversibili, invece, utilizzano sostanze generate da reazioni elettrochimiche irreversibili, come agenti ossidanti forti come Cl₂, clorati, ipocloriti, H₂O₂ e O₂, per ossidare i composti organici. I processi irreversibili possono anche generare intermedi altamente ossidativi, tra cui 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 (domanda chimica di ossigeno) 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 di limitazioni nel trasferimento di massa, mentre questa limitazione non esiste per i processi di ossidazione indiretta. Sia durante i processi di ossidazione diretta che indiretta, possono verificarsi reazioni collaterali che comportano la generazione di H₂ o O₂ gassosi, ma queste reazioni collaterali possono essere controllate attraverso la selezione dei materiali degli elettrodi e il controllo del potenziale.
L'ossidazione elettrochimica si è dimostrata efficace nel trattamento di 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 ossidanti. Questo processo porta alla decomposizione di inquinanti organici persistenti in sostanze non tossiche e biodegradabili e alla loro completa mineralizzazione in composti come anidride carbonica o carbonati.
Data di pubblicazione: 07/09/2023
