ელექტროქიმიური დაჟანგვა

ფართო გაგებით, ელექტროქიმიური დაჟანგვა გულისხმობს ელექტროქიმიის მთლიან პროცესს, რომელიც მოიცავს ელექტროდზე მიმდინარე პირდაპირ ან ირიბ ელექტროქიმიურ რეაქციებს, რომლებიც დაფუძნებულია ჟანგვა-აღდგენის რეაქციების პრინციპებზე. ამ რეაქციების მიზანია ჩამდინარე წყლებიდან დამაბინძურებლების შემცირება ან მოშორება.

ვიწრო გაგებით, ელექტროქიმიური დაჟანგვა კონკრეტულად ანოდურ პროცესს ეხება. ამ პროცესში ორგანული ხსნარი ან სუსპენზია შეჰყავთ ელექტროლიტურ უჯრედში და მუდმივი დენის გამოყენებით, ელექტრონები გამოიყოფა ანოდიდან, რაც იწვევს ორგანული ნაერთების დაჟანგვას. ალტერნატიულად, დაბალი ვალენტობის ლითონები შეიძლება დაიჟანგოს მაღალი ვალენტობის ლითონების იონებად ანოდზე, რომლებიც შემდეგ მონაწილეობენ ორგანული ნაერთების დაჟანგვაში. როგორც წესი, ორგანულ ნაერთებში გარკვეული ფუნქციური ჯგუფები ავლენენ ელექტროქიმიურ აქტივობას. ელექტრული ველის ზემოქმედებით, ამ ფუნქციური ჯგუფების სტრუქტურა განიცდის ცვლილებებს, რაც ცვლის ორგანული ნაერთების ქიმიურ თვისებებს, ამცირებს მათ ტოქსიკურობას და აძლიერებს მათ ბიოდეგრადირებადობას.

ელექტროქიმიური დაჟანგვა შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად: პირდაპირი დაჟანგვა და არაპირდაპირი დაჟანგვა. პირდაპირი დაჟანგვა (პირდაპირი ელექტროლიზი) გულისხმობს დამაბინძურებლების პირდაპირ მოცილებას ჩამდინარე წყლიდან მათი ელექტროდზე დაჟანგვით. ეს პროცესი მოიცავს როგორც ანოდურ, ასევე კათოდურ პროცესებს. ანოდური პროცესი გულისხმობს დამაბინძურებლების დაჟანგვას ანოდის ზედაპირზე, მათ გარდაქმნას ნაკლებად ტოქსიკურ ნივთიერებებად ან უფრო ბიოდეგრადირებად ნივთიერებებად, რითაც მცირდება ან აღმოიფხვრება დამაბინძურებლები. კათოდური პროცესი გულისხმობს დამაბინძურებლების შემცირებას კათოდის ზედაპირზე და ძირითადად გამოიყენება ჰალოგენირებული ნახშირწყალბადების შემცირებისა და მოცილებისთვის და მძიმე ლითონების აღდგენისთვის.

კათოდურ პროცესს ასევე შეიძლება ვუწოდოთ ელექტროქიმიური აღდგენა. ის გულისხმობს ელექტრონების გადატანას მძიმე მეტალების იონების, როგორიცაა Cr6+ და Hg2+, დაბალ დაჟანგვის მდგომარეობებად აღსადგენად. გარდა ამისა, მას შეუძლია აღადგინოს ქლორირებული ორგანული ნაერთები, გარდაქმნას ისინი ნაკლებად ტოქსიკურ ან არატოქსიკურ ნივთიერებებად, საბოლოო ჯამში კი გააუმჯობესოს მათი ბიოდეგრადირებადობა:

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

არაპირდაპირი დაჟანგვა (არაპირდაპირი ელექტროლიზი) გულისხმობს ელექტროქიმიურად წარმოქმნილი დამჟანგავი ან აღმდგენი აგენტების გამოყენებას რეაქტანტებად ან კატალიზატორებად, დამაბინძურებლების ნაკლებად ტოქსიკურ ნივთიერებებად გადასაყვანად. არაპირდაპირი ელექტროლიზი შეიძლება დაიყოს შექცევად და შეუქცევად პროცესებად. შექცევადი პროცესები (განპირობებული ელექტროქიმიური დაჟანგვა) გულისხმობს რედოქს სახეობების რეგენერაციას და გადამუშავებას ელექტროქიმიური პროცესის დროს. მეორეს მხრივ, შეუქცევადი პროცესები იყენებენ შეუქცევადი ელექტროქიმიური რეაქციებიდან წარმოქმნილ ნივთიერებებს, როგორიცაა ძლიერი დამჟანგავი აგენტები, როგორიცაა Cl2, ქლორატები, ჰიპოქლორიტები, H2O2 და O3, ორგანული ნაერთების დასაჟანგად. შეუქცევად პროცესებს ასევე შეუძლიათ წარმოქმნან ძლიერ დამჟანგავი შუალედური პროდუქტები, მათ შორის სოლვატირებული ელექტრონები, ·HO2 რადიკალები, ·HO2 რადიკალები (ჰიდროპეროქსილის რადიკალები) და ·O2- რადიკალები (სუპეროქსიდის ანიონები), რომელთა გამოყენება შესაძლებელია დამაბინძურებლების, როგორიცაა ციანიდი, ფენოლები, COD (ქიმიური ჟანგბადის მოთხოვნა) და S2- იონების დაშლისა და აღმოსაფხვრელად, საბოლოოდ კი ისინი უვნებელ ნივთიერებებად გარდაქმნის.

პირდაპირი ანოდური დაჟანგვის შემთხვევაში, რეაგენტების დაბალმა კონცენტრაციებმა შეიძლება შეზღუდოს ელექტროქიმიური ზედაპირული რეაქცია მასის გადაცემის შეზღუდვების გამო, მაშინ როდესაც ეს შეზღუდვა არ არსებობს არაპირდაპირი დაჟანგვის პროცესებისთვის. როგორც პირდაპირი, ასევე არაპირდაპირი დაჟანგვის პროცესების დროს შეიძლება მოხდეს გვერდითი რეაქციები, რომლებიც მოიცავს H2 ან O2 აირის წარმოქმნას, მაგრამ ამ გვერდითი რეაქციების კონტროლი შესაძლებელია ელექტროდის მასალების შერჩევით და პოტენციალის კონტროლით.

ელექტროქიმიური დაჟანგვა ეფექტური აღმოჩნდა მაღალი ორგანული კონცენტრაციის, რთული შემადგენლობის, ცეცხლგამძლე ნივთიერებების სიმრავლისა და მაღალი შეფერილობის მქონე ჩამდინარე წყლების გასაწმენდად. ელექტროქიმიური აქტივობის მქონე ანოდების გამოყენებით, ამ ტექნოლოგიას შეუძლია ეფექტურად წარმოქმნას მაღალი ჟანგვითი ჰიდროქსილის რადიკალები. ეს პროცესი იწვევს მუდმივი ორგანული დამაბინძურებლების დაშლას არატოქსიკურ, ბიოდეგრადირებად ნივთიერებებად და მათ სრულ მინერალიზაციას ნახშირორჟანგის ან კარბონატების მსგავს ნაერთებად.