इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सिडेशन

व्यापक अर्थाने, इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सिडेशन म्हणजे इलेक्ट्रोकेमिस्ट्रीच्या संपूर्ण प्रक्रियेस संदर्भित करते, ज्यामध्ये ऑक्सिडेशन-रिडक्शन प्रतिक्रियांच्या तत्त्वांवर आधारित इलेक्ट्रोडवर प्रत्यक्ष किंवा अप्रत्यक्ष इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियांचा समावेश असतो. या प्रतिक्रियांचा उद्देश सांडपाण्यातील प्रदूषक कमी करणे किंवा काढून टाकणे आहे.

थोडक्यात परिभाषित, इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सिडेशन विशेषत: एनोडिक प्रक्रियेचा संदर्भ देते. या प्रक्रियेत, इलेक्ट्रोलाइटिक सेलमध्ये सेंद्रिय द्रावण किंवा निलंबन सादर केले जाते आणि थेट करंटच्या वापराद्वारे, एनोडवर इलेक्ट्रॉन काढले जातात, ज्यामुळे सेंद्रीय संयुगेचे ऑक्सिडेशन होते. वैकल्पिकरित्या, लो-व्हॅलेन्स धातूंना एनोडवर हाय-व्हॅलेन्स मेटल आयनमध्ये ऑक्सीकरण केले जाऊ शकते, जे नंतर सेंद्रीय संयुगेच्या ऑक्सिडेशनमध्ये भाग घेतात. सामान्यतः, सेंद्रिय संयुगेमधील काही कार्यात्मक गट इलेक्ट्रोकेमिकल क्रियाकलाप प्रदर्शित करतात. विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली, या कार्यात्मक गटांच्या संरचनेत बदल होतात, सेंद्रिय संयुगेचे रासायनिक गुणधर्म बदलतात, त्यांची विषारीता कमी होते आणि त्यांची जैवविघटनक्षमता वाढते.

इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सिडेशनचे दोन प्रकारांमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते: थेट ऑक्सीकरण आणि अप्रत्यक्ष ऑक्सीकरण. डायरेक्ट ऑक्सिडेशन (थेट इलेक्ट्रोलिसिस) मध्ये सांडपाण्यातील प्रदूषकांचे इलेक्ट्रोडवर ऑक्सिडायझेशन करून थेट काढून टाकणे समाविष्ट आहे. या प्रक्रियेमध्ये ॲनोडिक आणि कॅथोडिक दोन्ही प्रक्रियांचा समावेश होतो. ॲनोडिक प्रक्रियेमध्ये एनोड पृष्ठभागावरील प्रदूषकांचे ऑक्सिडेशन समाविष्ट असते, त्यांना कमी विषारी पदार्थ किंवा अधिक जैवविघटनशील पदार्थांमध्ये रूपांतरित केले जाते, ज्यामुळे प्रदूषक कमी होतात किंवा नष्ट होतात. कॅथोडिक प्रक्रियेमध्ये कॅथोड पृष्ठभागावरील प्रदूषक कमी करणे समाविष्ट असते आणि ते प्रामुख्याने हॅलोजनेटेड हायड्रोकार्बन्स कमी करण्यासाठी आणि काढून टाकण्यासाठी आणि जड धातूंच्या पुनर्प्राप्तीसाठी वापरले जाते.

कॅथोडिक प्रक्रियेला इलेक्ट्रोकेमिकल रिडक्शन असेही संबोधले जाऊ शकते. यामध्ये Cr6+ आणि Hg2+ सारख्या जड धातूच्या आयनांना त्यांच्या खालच्या ऑक्सिडेशन अवस्थेत कमी करण्यासाठी इलेक्ट्रॉन्सचे हस्तांतरण समाविष्ट आहे. याव्यतिरिक्त, ते क्लोरीनयुक्त सेंद्रिय संयुगे कमी करू शकते, त्यांना कमी विषारी किंवा गैर-विषारी पदार्थांमध्ये बदलू शकते, शेवटी त्यांची जैवविघटनक्षमता वाढवते:

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

अप्रत्यक्ष ऑक्सिडेशन (अप्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलिसिस) मध्ये प्रदूषकांना कमी विषारी पदार्थांमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी इलेक्ट्रोकेमिकली व्युत्पन्न ऑक्सिडायझिंग किंवा रिड्युसिंग एजंट्सचा अभिक्रिया किंवा उत्प्रेरक म्हणून वापर करणे समाविष्ट आहे. अप्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलिसिसचे पुढे उलट करण्यायोग्य आणि अपरिवर्तनीय प्रक्रियांमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते. उलट करण्यायोग्य प्रक्रिया (मध्यस्थ इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सिडेशन) मध्ये इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रियेदरम्यान रेडॉक्स प्रजातींचे पुनर्जन्म आणि पुनर्वापर यांचा समावेश होतो. दुसरीकडे, अपरिवर्तनीय प्रक्रिया, अपरिवर्तनीय इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियांमधून निर्माण झालेल्या पदार्थांचा वापर करतात, जसे की Cl2, क्लोरेट्स, हायपोक्लोराइट्स, H2O2 आणि O3 सारख्या मजबूत ऑक्सिडायझिंग एजंट्स, सेंद्रिय संयुगे ऑक्सिडायझ करण्यासाठी. अपरिवर्तनीय प्रक्रिया देखील उच्च ऑक्सिडेटिव्ह मध्यवर्ती तयार करू शकतात, ज्यामध्ये सॉल्व्हेटेड इलेक्ट्रॉन, ·HO रॅडिकल्स, ·HO2 रॅडिकल्स (हायड्रोपेरॉक्सिल रॅडिकल्स), आणि ·O2- रॅडिकल्स (सुपरऑक्साइड ॲनियन्स) यांचा समावेश होतो, ज्याचा वापर सायनाइड, फिनॉल, यांसारख्या प्रदूषकांना कमी करण्यासाठी आणि काढून टाकण्यासाठी केला जाऊ शकतो. COD (केमिकल ऑक्सिजन डिमांड), आणि S2- आयन, शेवटी त्यांना निरुपद्रवी पदार्थांमध्ये रूपांतरित करणे.

डायरेक्ट ॲनोडिक ऑक्सिडेशनच्या बाबतीत, कमी रिॲक्टंट सांद्रता मोठ्या प्रमाणात हस्तांतरण मर्यादांमुळे इलेक्ट्रोकेमिकल पृष्ठभागाची प्रतिक्रिया मर्यादित करू शकते, तर ही मर्यादा अप्रत्यक्ष ऑक्सिडेशन प्रक्रियेसाठी अस्तित्वात नाही. प्रत्यक्ष आणि अप्रत्यक्ष ऑक्सिडेशन प्रक्रियेदरम्यान, H2 किंवा O2 वायूच्या निर्मितीचा समावेश असलेल्या साइड रिॲक्शन होऊ शकतात, परंतु या साइड रिॲक्शन्स इलेक्ट्रोड सामग्रीच्या निवडीद्वारे आणि संभाव्य नियंत्रणाद्वारे नियंत्रित केल्या जाऊ शकतात.

इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सिडेशन उच्च सेंद्रिय सांद्रता, जटिल रचना, अपवर्तक पदार्थांचा समूह आणि उच्च रंग असलेल्या सांडपाण्यावर उपचार करण्यासाठी प्रभावी असल्याचे आढळले आहे. इलेक्ट्रोकेमिकल क्रियाकलापांसह एनोड्सचा वापर करून, हे तंत्रज्ञान कार्यक्षमतेने उच्च ऑक्सिडेटिव्ह हायड्रॉक्सिल रॅडिकल्स तयार करू शकते. या प्रक्रियेमुळे सतत सेंद्रिय प्रदूषकांचे विघटन गैर-विषारी, बायोडिग्रेडेबल पदार्थांमध्ये होते आणि कार्बन डायऑक्साइड किंवा कार्बोनेट सारख्या संयुगांमध्ये त्यांचे संपूर्ण खनिजीकरण होते.