ელექტროქიმიური დაჟანგვა

ფართო გაგებით, ელექტროქიმიური დაჟანგვა ეხება ელექტროქიმიის მთელ პროცესს, რომელიც მოიცავს ელექტროდზე წარმოქმნილ პირდაპირ ან არაპირდაპირ ელექტროქიმიურ რეაქციებს, დაფუძნებული ჟანგვის-აღდგენითი რეაქციების პრინციპებზე. ეს რეაქციები მიზნად ისახავს ჩამდინარე წყლებიდან დამაბინძურებლების შემცირებას ან ამოღებას.

ვიწრო განსაზღვრული, ელექტროქიმიური დაჟანგვა კონკრეტულად ეხება ანოდურ პროცესს. ამ პროცესში ორგანული ხსნარი ან სუსპენზია შეჰყავთ ელექტროლიტურ უჯრედში და პირდაპირი დენის გამოყენებით ელექტრონები გამოიყოფა ანოდზე, რაც იწვევს ორგანული ნაერთების დაჟანგვას. ალტერნატიულად, დაბალვალენტიანი ლითონები შეიძლება დაჟანგდეს ანოდზე მაღალვალენტიან ლითონის იონებად, რომლებიც შემდეგ მონაწილეობენ ორგანული ნაერთების დაჟანგვაში. როგორც წესი, ორგანულ ნაერთებში გარკვეული ფუნქციური ჯგუფები აჩვენებენ ელექტროქიმიურ აქტივობას. ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ, ამ ფუნქციური ჯგუფების სტრუქტურა განიცდის ცვლილებებს, ცვლის ორგანული ნაერთების ქიმიურ თვისებებს, ამცირებს მათ ტოქსიკურობას და ზრდის მათ ბიოდეგრადირებას.

ელექტროქიმიური დაჟანგვა შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად: პირდაპირი და არაპირდაპირი დაჟანგვა. პირდაპირი დაჟანგვა (პირდაპირი ელექტროლიზი) გულისხმობს ჩამდინარე წყლებიდან დამაბინძურებლების პირდაპირ მოცილებას ელექტროდზე მათი დაჟანგვის გზით. ეს პროცესი მოიცავს როგორც ანოდურ, ასევე კათოდური პროცესებს. ანოდური პროცესი მოიცავს ანოდის ზედაპირზე დამაბინძურებლების დაჟანგვას, მათ გარდაქმნას ნაკლებად ტოქსიკურ ნივთიერებებად ან ნივთიერებებად, რომლებიც უფრო ბიოდეგრადირებადია, რითაც ამცირებს ან აღმოფხვრის დამაბინძურებლებს. კათოდური პროცესი გულისხმობს დამაბინძურებლების შემცირებას კათოდის ზედაპირზე და ძირითადად გამოიყენება ჰალოგენირებული ნახშირწყალბადების შემცირებისა და მოცილებისთვის და მძიმე ლითონების აღდგენისთვის.

კათოდური პროცესი ასევე შეიძლება ეწოდოს ელექტროქიმიურ შემცირებას. იგი გულისხმობს ელექტრონების გადატანას მძიმე მეტალის იონების შესამცირებლად, როგორიცაა Cr6+ და Hg2+ მათ ქვედა ჟანგვის მდგომარეობებში. გარდა ამისა, მას შეუძლია შეამციროს ქლორირებული ორგანული ნაერთები, გარდაქმნას ისინი ნაკლებად ტოქსიკურ ან არატოქსიკურ ნივთიერებებად, რაც საბოლოოდ აძლიერებს მათ ბიოდეგრადირებას:

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

არაპირდაპირი დაჟანგვა (არაპირდაპირი ელექტროლიზი) გულისხმობს ელექტროქიმიურად წარმოქმნილი ჟანგვის ან შემცირების აგენტების გამოყენებას, როგორც რეაქტორებს ან კატალიზატორებს დამაბინძურებლების ნაკლებად ტოქსიკურ ნივთიერებებად გადაქცევისთვის. არაპირდაპირი ელექტროლიზი შეიძლება დაიყოს შექცევად და შეუქცევად პროცესებად. შექცევადი პროცესები (შუამავლობითი ელექტროქიმიური დაჟანგვა) გულისხმობს რედოქს სახეობების რეგენერაციას და გადამუშავებას ელექტროქიმიური პროცესის დროს. მეორეს მხრივ, შეუქცევადი პროცესები იყენებენ შეუქცევადი ელექტროქიმიური რეაქციების შედეგად წარმოქმნილ ნივთიერებებს, როგორიცაა ძლიერი ჟანგვის აგენტები, როგორიცაა Cl2, ქლორატები, ჰიპოქლორიტები, H2O2 და O3, ორგანული ნაერთების დაჟანგვისთვის. შეუქცევად პროცესებს შეუძლიათ აგრეთვე წარმოქმნან მაღალი ჟანგვითი შუალედური ნივთიერებები, მათ შორის სოლვატიური ელექტრონები, ·HO რადიკალები, ·HO2 რადიკალები (ჰიდროპეროქსილის რადიკალები) და ·O2- რადიკალები (სუპეროქსიდის ანიონები), რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას დამაბინძურებლების დასაშლელად და აღმოსაფხვრელად, როგორიცაა ციანიდი, ფენოლები. COD (ქიმიური ჟანგბადის მოთხოვნა) და S2- იონები, რომლებიც საბოლოოდ გარდაქმნიან მათ უვნებელი ნივთიერებები.

პირდაპირი ანოდური დაჟანგვის შემთხვევაში, რეაგენტის დაბალ კონცენტრაციას შეუძლია შეზღუდოს ელექტროქიმიური ზედაპირული რეაქცია მასის გადაცემის შეზღუდვების გამო, ხოლო ეს შეზღუდვა არ არსებობს არაპირდაპირი დაჟანგვის პროცესებისთვის. პირდაპირი და არაპირდაპირი დაჟანგვის პროცესების დროს შეიძლება მოხდეს გვერდითი რეაქციები, რომლებიც მოიცავს H2 ან O2 გაზის წარმოქმნას, მაგრამ ამ გვერდითი რეაქციების კონტროლი შესაძლებელია ელექტროდის მასალების შერჩევისა და პოტენციური კონტროლის საშუალებით.

აღმოჩნდა, რომ ელექტროქიმიური დაჟანგვა ეფექტურია ჩამდინარე წყლების გაწმენდისთვის მაღალი ორგანული კონცენტრაციით, რთული შემადგენლობით, ცეცხლგამძლე ნივთიერებების სიმრავლით და მაღალი შეფერილობით. ელექტროქიმიური აქტივობის მქონე ანოდების გამოყენებით, ამ ტექნოლოგიას შეუძლია ეფექტურად წარმოქმნას მაღალი ჟანგვითი ჰიდროქსილის რადიკალები. ეს პროცესი იწვევს მდგრადი ორგანული დამაბინძურებლების არატოქსიკურ, ბიოდეგრადირებად ნივთიერებებად დაშლას და მათ სრულ მინერალიზაციას ნაერთებად, როგორიცაა ნახშირორჟანგი ან კარბონატები.