విద్యుత్ రసాయన ఆక్సీకరణ

విస్తృత కోణంలో, ఎలక్ట్రోకెమికల్ ఆక్సీకరణ అనేది ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ యొక్క మొత్తం ప్రక్రియను సూచిస్తుంది, ఇందులో ఆక్సీకరణ-తగ్గింపు ప్రతిచర్యల సూత్రాల ఆధారంగా ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద సంభవించే ప్రత్యక్ష లేదా పరోక్ష ఎలక్ట్రోకెమికల్ ప్రతిచర్యలు ఉంటాయి. ఈ ప్రతిచర్యలు వ్యర్థ జలాల నుండి కాలుష్య కారకాలను తగ్గించడం లేదా తొలగించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాయి.

సంక్షిప్తంగా నిర్వచించబడిన, ఎలెక్ట్రోకెమికల్ ఆక్సీకరణ ప్రత్యేకంగా అనోడిక్ ప్రక్రియను సూచిస్తుంది. ఈ ప్రక్రియలో, ఒక సేంద్రీయ ద్రావణం లేదా సస్పెన్షన్ విద్యుద్విశ్లేషణ కణంలోకి ప్రవేశపెట్టబడుతుంది మరియు ప్రత్యక్ష విద్యుత్తును ఉపయోగించడం ద్వారా, ఆనోడ్ వద్ద ఎలక్ట్రాన్లు సంగ్రహించబడతాయి, ఇది సేంద్రీయ సమ్మేళనాల ఆక్సీకరణకు దారితీస్తుంది. ప్రత్యామ్నాయంగా, తక్కువ-వేలెన్స్ లోహాలను ఆనోడ్ వద్ద అధిక-వేలెన్స్ లోహ అయాన్లుగా ఆక్సీకరణం చేయవచ్చు, ఇవి తరువాత సేంద్రీయ సమ్మేళనాల ఆక్సీకరణలో పాల్గొంటాయి. సాధారణంగా, సేంద్రీయ సమ్మేళనాలలోని కొన్ని క్రియాత్మక సమూహాలు ఎలక్ట్రోకెమికల్ కార్యకలాపాలను ప్రదర్శిస్తాయి. విద్యుత్ క్షేత్రం ప్రభావంతో, ఈ క్రియాత్మక సమూహాల నిర్మాణం మార్పులకు లోనవుతుంది, సేంద్రీయ సమ్మేళనాల రసాయన లక్షణాలను మారుస్తుంది, వాటి విషాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు వాటి జీవఅధోకరణాన్ని పెంచుతుంది.

ఎలెక్ట్రోకెమికల్ ఆక్సీకరణను రెండు రకాలుగా వర్గీకరించవచ్చు: ప్రత్యక్ష ఆక్సీకరణ మరియు పరోక్ష ఆక్సీకరణ. ప్రత్యక్ష ఆక్సీకరణ (ప్రత్యక్ష విద్యుద్విశ్లేషణ) అంటే ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద ఆక్సీకరణం చేయడం ద్వారా వ్యర్థ జలాల నుండి కాలుష్య కారకాలను నేరుగా తొలగించడం. ఈ ప్రక్రియలో అనోడిక్ మరియు కాథోడిక్ ప్రక్రియలు రెండూ ఉంటాయి. అనోడిక్ ప్రక్రియలో ఆనోడ్ ఉపరితలం వద్ద కాలుష్య కారకాల ఆక్సీకరణం జరుగుతుంది, వాటిని తక్కువ విషపూరిత పదార్థాలుగా లేదా ఎక్కువ జీవఅధోకరణం చెందే పదార్థాలుగా మారుస్తుంది, తద్వారా కాలుష్య కారకాలను తగ్గించడం లేదా తొలగించడం జరుగుతుంది. కాథోడిక్ ప్రక్రియలో కాథోడ్ ఉపరితలం వద్ద కాలుష్య కారకాల తగ్గింపు ఉంటుంది మరియు ఇది ప్రధానంగా హాలోజనేటెడ్ హైడ్రోకార్బన్‌లను తగ్గించడం మరియు తొలగించడం మరియు భారీ లోహాల పునరుద్ధరణకు ఉపయోగించబడుతుంది.

కాథోడిక్ ప్రక్రియను ఎలక్ట్రోకెమికల్ రిడక్షన్ అని కూడా పిలుస్తారు. ఇది Cr6+ మరియు Hg2+ వంటి భారీ లోహ అయాన్లను వాటి తక్కువ ఆక్సీకరణ స్థితులలోకి తగ్గించడానికి ఎలక్ట్రాన్ల బదిలీని కలిగి ఉంటుంది. అదనంగా, ఇది క్లోరినేటెడ్ సేంద్రీయ సమ్మేళనాలను తగ్గించగలదు, వాటిని తక్కువ విషపూరితమైన లేదా విషరహిత పదార్థాలుగా మారుస్తుంది, చివరికి వాటి జీవఅధోకరణాన్ని పెంచుతుంది:

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

పరోక్ష ఆక్సీకరణ (పరోక్ష విద్యుద్విశ్లేషణ)లో కాలుష్య కారకాలను తక్కువ విషపూరిత పదార్థాలుగా మార్చడానికి విద్యుత్ రసాయనికంగా ఉత్పత్తి చేయబడిన ఆక్సీకరణ లేదా తగ్గించే ఏజెంట్లను రియాక్టెంట్లు లేదా ఉత్ప్రేరకాలుగా ఉపయోగించడం జరుగుతుంది. పరోక్ష విద్యుద్విశ్లేషణను తిరిగి మార్చగల మరియు తిరిగి మార్చలేని ప్రక్రియలుగా వర్గీకరించవచ్చు. తిరిగి మార్చగల ప్రక్రియలు (మధ్యవర్తిత్వం వహించే ఎలక్ట్రోకెమికల్ ఆక్సీకరణ) ఎలక్ట్రోకెమికల్ ప్రక్రియ సమయంలో రెడాక్స్ జాతుల పునరుత్పత్తి మరియు రీసైక్లింగ్‌ను కలిగి ఉంటాయి. మరోవైపు, తిరిగి మార్చలేని ప్రక్రియలు Cl2, క్లోరేట్లు, హైపోక్లోరైట్లు, H2O2 మరియు O3 వంటి బలమైన ఆక్సీకరణ కారకాలు వంటి తిరిగి మార్చలేని ఎలక్ట్రోకెమికల్ ప్రతిచర్యల నుండి ఉత్పన్నమయ్యే పదార్థాలను సేంద్రీయ సమ్మేళనాలను ఆక్సీకరణం చేయడానికి ఉపయోగిస్తాయి. తిరిగి మార్చలేని ప్రక్రియలు సాల్వేటెడ్ ఎలక్ట్రాన్లు, ·HO రాడికల్స్, ·HO2 రాడికల్స్ (హైడ్రోపెరాక్సిల్ రాడికల్స్) మరియు ·O2- రాడికల్స్ (సూపర్ ఆక్సైడ్ అయాన్లు) వంటి అధిక ఆక్సీకరణ మధ్యవర్తులను కూడా ఉత్పత్తి చేయగలవు, వీటిని సైనైడ్, ఫినాల్స్, COD (రసాయన ఆక్సిజన్ డిమాండ్) మరియు S2- అయాన్లు వంటి కాలుష్య కారకాలను అధోకరణం చేయడానికి మరియు తొలగించడానికి ఉపయోగించవచ్చు, చివరికి వాటిని హానిచేయని పదార్థాలుగా మారుస్తాయి.

ప్రత్యక్ష అనోడిక్ ఆక్సీకరణ విషయంలో, ద్రవ్యరాశి బదిలీ పరిమితుల కారణంగా తక్కువ రియాక్టెంట్ సాంద్రతలు ఎలక్ట్రోకెమికల్ ఉపరితల ప్రతిచర్యను పరిమితం చేయగలవు, అయితే పరోక్ష ఆక్సీకరణ ప్రక్రియలకు ఈ పరిమితి ఉండదు. ప్రత్యక్ష మరియు పరోక్ష ఆక్సీకరణ ప్రక్రియల సమయంలో, H2 లేదా O2 వాయువు ఉత్పత్తికి సంబంధించిన సైడ్ రియాక్షన్లు సంభవించవచ్చు, కానీ ఈ సైడ్ రియాక్షన్లను ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాల ఎంపిక మరియు పొటెన్షియల్ నియంత్రణ ద్వారా నియంత్రించవచ్చు.

అధిక సేంద్రీయ సాంద్రతలు, సంక్లిష్ట కూర్పులు, అనేక వక్రీభవన పదార్థాలు మరియు అధిక రంగులతో కూడిన వ్యర్థ జలాలను శుద్ధి చేయడానికి ఎలక్ట్రోకెమికల్ ఆక్సీకరణ ప్రభావవంతంగా ఉంటుందని కనుగొనబడింది. ఎలక్ట్రోకెమికల్ కార్యకలాపాలతో కూడిన యానోడ్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా, ఈ సాంకేతికత అధిక ఆక్సీకరణ హైడ్రాక్సిల్ రాడికల్‌లను సమర్థవంతంగా ఉత్పత్తి చేయగలదు. ఈ ప్రక్రియ నిరంతర సేంద్రీయ కాలుష్య కారకాలను విషరహిత, బయోడిగ్రేడబుల్ పదార్థాలుగా కుళ్ళిపోవడానికి మరియు కార్బన్ డయాక్సైడ్ లేదా కార్బోనేట్‌ల వంటి సమ్మేళనాలుగా వాటి పూర్తి ఖనిజీకరణకు దారితీస్తుంది.