विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण

व्यापक अर्थ में, विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण विद्युत रसायन विज्ञान की संपूर्ण प्रक्रिया को संदर्भित करता है, जिसमें ऑक्सीकरण-अपचयन प्रतिक्रियाओं के सिद्धांतों के आधार पर इलेक्ट्रोड पर होने वाली प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाएं शामिल होती हैं। इन प्रतिक्रियाओं का उद्देश्य अपशिष्ट जल से प्रदूषकों को कम करना या हटाना है।

संकीर्ण रूप से परिभाषित, विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण विशेष रूप से एनोडिक प्रक्रिया को संदर्भित करता है। इस प्रक्रिया में, एक कार्बनिक घोल या निलंबन को इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में पेश किया जाता है, और प्रत्यक्ष धारा के अनुप्रयोग के माध्यम से, एनोड पर इलेक्ट्रॉनों को निकाला जाता है, जिससे कार्बनिक यौगिकों का ऑक्सीकरण होता है। वैकल्पिक रूप से, कम-संयोजी धातुओं को एनोड पर उच्च-संयोजी धातु आयनों में ऑक्सीकृत किया जा सकता है, जो तब कार्बनिक यौगिकों के ऑक्सीकरण में भाग लेते हैं। आम तौर पर, कार्बनिक यौगिकों के भीतर कुछ कार्यात्मक समूह विद्युत रासायनिक गतिविधि प्रदर्शित करते हैं। एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, इन कार्यात्मक समूहों की संरचना में परिवर्तन होता है, कार्बनिक यौगिकों के रासायनिक गुणों को बदलता है, उनकी विषाक्तता को कम करता है, और उनकी जैव-निम्नीकरणीयता को बढ़ाता है।

इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण और अप्रत्यक्ष ऑक्सीकरण। प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण (प्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलिसिस) में इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण करके अपशिष्ट जल से प्रदूषकों को सीधे हटाना शामिल है। इस प्रक्रिया में एनोडिक और कैथोडिक दोनों प्रक्रियाएँ शामिल हैं। एनोडिक प्रक्रिया में एनोड सतह पर प्रदूषकों का ऑक्सीकरण शामिल है, उन्हें कम विषाक्त पदार्थों या अधिक बायोडिग्रेडेबल पदार्थों में परिवर्तित करना, जिससे प्रदूषक कम हो जाते हैं या खत्म हो जाते हैं। कैथोडिक प्रक्रिया में कैथोड सतह पर प्रदूषकों की कमी शामिल है और इसका उपयोग मुख्य रूप से हैलोजेनेटेड हाइड्रोकार्बन की कमी और हटाने और भारी धातुओं की वसूली के लिए किया जाता है।

कैथोडिक प्रक्रिया को इलेक्ट्रोकेमिकल रिडक्शन भी कहा जा सकता है। इसमें Cr6+ और Hg2+ जैसे भारी धातु आयनों को उनकी कम ऑक्सीकरण अवस्था में कम करने के लिए इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण शामिल है। इसके अतिरिक्त, यह क्लोरीनयुक्त कार्बनिक यौगिकों को कम कर सकता है, उन्हें कम विषैले या गैर विषैले पदार्थों में बदल सकता है, जिससे अंततः उनकी जैव-निम्नीकरणीयता बढ़ जाती है:

आर-सीएल + एच+ + ई → आरएच + सीएल-

अप्रत्यक्ष ऑक्सीकरण (अप्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलिसिस) में प्रदूषकों को कम विषैले पदार्थों में बदलने के लिए अभिकारकों या उत्प्रेरकों के रूप में विद्युत रासायनिक रूप से उत्पन्न ऑक्सीकरण या अपचायक एजेंटों का उपयोग शामिल है। अप्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलिसिस को आगे प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं में वर्गीकृत किया जा सकता है। प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं (मध्यस्थ विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण) में विद्युत रासायनिक प्रक्रिया के दौरान रेडॉक्स प्रजातियों का पुनर्जनन और पुनर्चक्रण शामिल है। दूसरी ओर, अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं अपरिवर्तनीय विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न पदार्थों का उपयोग करती हैं, जैसे कि मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट जैसे कि Cl2, क्लोरेट्स, हाइपोक्लोराइट्स, H2O2 और O3, कार्बनिक यौगिकों को ऑक्सीकरण करने के लिए। अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं अत्यधिक ऑक्सीडेटिव मध्यवर्ती पदार्थों को भी उत्पन्न कर सकती हैं, जिनमें विलेय इलेक्ट्रॉन, ·HO मूलक, ·HO2 मूलक (हाइड्रोपेरोक्सिल मूलक) और ·O2- मूलक (सुपरऑक्साइड आयन) शामिल हैं, जिनका उपयोग साइनाइड, फिनोल, COD (रासायनिक ऑक्सीजन मांग) और S2- आयन जैसे प्रदूषकों को विघटित करने और समाप्त करने के लिए किया जा सकता है, जो अंततः उन्हें हानिरहित पदार्थों में परिवर्तित कर देते हैं।

प्रत्यक्ष एनोडिक ऑक्सीकरण के मामले में, कम अभिकारक सांद्रता द्रव्यमान स्थानांतरण सीमाओं के कारण विद्युत रासायनिक सतह प्रतिक्रिया को सीमित कर सकती है, जबकि अप्रत्यक्ष ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के लिए यह सीमा मौजूद नहीं है। प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के दौरान, H2 या O2 गैस की पीढ़ी से जुड़ी साइड रिएक्शन हो सकती है, लेकिन इन साइड रिएक्शन को इलेक्ट्रोड सामग्री के चयन और संभावित नियंत्रण के माध्यम से नियंत्रित किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण को उच्च कार्बनिक सांद्रता, जटिल संरचना, दुर्दम्य पदार्थों की बहुलता और उच्च रंग के साथ अपशिष्ट जल के उपचार के लिए प्रभावी पाया गया है। इलेक्ट्रोकेमिकल गतिविधि वाले एनोड का उपयोग करके, यह तकनीक अत्यधिक ऑक्सीडेटिव हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स को कुशलतापूर्वक उत्पन्न कर सकती है। इस प्रक्रिया से स्थायी कार्बनिक प्रदूषकों का गैर-विषाक्त, बायोडिग्रेडेबल पदार्थों में अपघटन होता है और उनका कार्बन डाइऑक्साइड या कार्बोनेट जैसे यौगिकों में पूर्ण खनिजीकरण होता है।