En un sentido amplio, la oxidación electroquímica se refiere a todo el proceso de electroquímica, que implica reacciones electroquímicas directas o indirectas que ocurren en el electrodo según los principios de las reacciones de oxidación-reducción. Estas reacciones tienen como objetivo reducir o eliminar los contaminantes de las aguas residuales.
En sentido estricto, 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 lleva a la oxidación de los compuestos orgánicos. Alternativamente, los metales de baja valencia se pueden oxidar a iones metálicos de alta valencia en el ánodo, que luego participan en la oxidación de compuestos orgánicos. Normalmente, ciertos grupos funcionales dentro de los compuestos orgánicos exhiben 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 oxidándolos en el electrodo. Este proceso incluye procesos anódicos y catódicos. El proceso anódico implica la oxidación de contaminantes en la superficie del ánodo, convirtiéndolos en sustancias menos tóxicas o sustancias 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 puede denominarse reducción electroquímica. Implica la transferencia de electrones para reducir iones de metales pesados como Cr6+ y Hg2+ a sus estados de oxidación más bajos. Además, puede reducir los compuestos orgánicos clorados, transformándolos en sustancias menos tóxicas o no tóxicas, mejorando en última instancia 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 se puede clasificar además 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, incluidos 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) y S2-, transformándolos finalmente en sustancias inofensivas.
En el caso de la oxidación anódica directa, las bajas concentraciones de reactivos pueden limitar la reacción electroquímica de la superficie debido a limitaciones en la transferencia de masa, mientras que esta limitación no existe para los procesos de oxidación indirecta. Durante los procesos de oxidación tanto directos como indirectos, pueden ocurrir reacciones secundarias que involucran la generación de gas H2 u O2, pero estas reacciones secundarias pueden controlarse mediante la selección de materiales de electrodos y el control de potencial.
Se ha descubierto que la oxidación electroquímica es eficaz para tratar aguas residuales con altas concentraciones orgánicas, composiciones complejas, multitud de sustancias refractarias y alta coloración. Al utilizar ánodos con actividad electroquímica, esta tecnología puede generar de manera eficiente radicales hidroxilo altamente oxidativos. Este proceso conduce a la descomposición de contaminantes orgánicos persistentes en sustancias no tóxicas y biodegradables y su completa mineralización en compuestos como dióxido de carbono o carbonatos.
Hora de publicación: 07-sep-2023
