En sentido amplio, la oxidación electroquímica se refiere a todo el proceso electroquímico, que implica reacciones electroquímicas directas o indirectas que ocurren en el electrodo, basadas en los principios de las reacciones de oxidación-reducción. Estas reacciones tienen como objetivo reducir o eliminar los contaminantes de las aguas residuales.
En términos estrictos, la oxidación electroquímica se refiere específicamente al proceso anódico. En este proceso, se introduce una solución o suspensión orgánica en una celda electrolítica y, mediante la aplicación de corriente continua, se extraen electrones en el ánodo, lo que provoca la oxidación de compuestos orgánicos. Alternativamente, los metales de baja valencia pueden oxidarse a iones metálicos de alta valencia en el ánodo, que participan en la oxidación de compuestos orgánicos. Normalmente, ciertos grupos funcionales dentro de los compuestos orgánicos presentan actividad electroquímica. Bajo la influencia de un campo eléctrico, la estructura de estos grupos funcionales sufre cambios, alterando las propiedades químicas de los compuestos orgánicos, reduciendo su toxicidad y mejorando su biodegradabilidad.
La oxidación electroquímica se puede clasificar en dos tipos: oxidación directa y oxidación indirecta. La oxidación directa (electrólisis directa) implica la eliminación directa de contaminantes de las aguas residuales mediante su oxidación en el electrodo. Este proceso incluye procesos tanto anódicos como catódicos. El proceso anódico implica la oxidación de contaminantes en la superficie del ánodo, convirtiéndolos en sustancias menos tóxicas o más biodegradables, reduciendo o eliminando así los contaminantes. El proceso catódico implica la reducción de contaminantes en la superficie del cátodo y se utiliza principalmente para la reducción y eliminación de hidrocarburos halogenados y la recuperación de metales pesados.
El proceso catódico, también conocido como reducción electroquímica, implica la transferencia de electrones para reducir iones de metales pesados como Cr₆₁ y Hg₂₁ a sus estados de oxidación más bajos. Además, puede reducir compuestos orgánicos clorados, transformándolos en sustancias menos tóxicas o no tóxicas, lo que en última instancia mejora su biodegradabilidad.
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
La oxidación indirecta (electrólisis indirecta) implica el uso de agentes oxidantes o reductores generados electroquímicamente como reactivos o catalizadores para convertir contaminantes en sustancias menos tóxicas. La electrólisis indirecta puede clasificarse a su vez en procesos reversibles e irreversibles. Los procesos reversibles (oxidación electroquímica mediada) implican la regeneración y el reciclaje de especies redox durante el proceso electroquímico. Los procesos irreversibles, por otro lado, utilizan sustancias generadas a partir de reacciones electroquímicas irreversibles, como agentes oxidantes fuertes como Cl₂, cloratos, hipocloritos, H₂O₂ y O₃, para oxidar compuestos orgánicos. Los procesos irreversibles también pueden generar intermediarios altamente oxidativos, incluyendo electrones solvatados, radicales ·HO, radicales ·HO₂ (radicales hidroperoxilo) y radicales ·O₂ (aniones superóxido), que pueden usarse para degradar y eliminar contaminantes como cianuro, fenoles, DQO (demanda química de oxígeno) e iones S₂, transformándolos finalmente en sustancias inocuas.
En el caso de la oxidación anódica directa, las bajas concentraciones de reactivos pueden limitar la reacción electroquímica superficial debido a limitaciones en la transferencia de masa, mientras que esta limitación no existe en los procesos de oxidación indirecta. Durante ambos procesos, pueden ocurrir reacciones secundarias que generan H₂ u O₂ gaseoso, pero estas reacciones secundarias pueden controlarse mediante la selección de los materiales de los electrodos y el control del potencial.
La oxidación electroquímica ha demostrado ser eficaz para el tratamiento de aguas residuales con altas concentraciones orgánicas, composiciones complejas, multitud de sustancias refractarias y alta coloración. Mediante el uso de ánodos con actividad electroquímica, esta tecnología puede generar eficientemente radicales hidroxilo altamente oxidativos. Este proceso conduce a la descomposición de contaminantes orgánicos persistentes en sustancias no tóxicas y biodegradables, y a su completa mineralización en compuestos como dióxido de carbono o carbonatos.
Hora de publicación: 07-sep-2023
