विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण

व्यापक अर्थ में, विद्युतरासायनिक ऑक्सीकरण से तात्पर्य विद्युत रसायन विज्ञान की संपूर्ण प्रक्रिया से है, जिसमें ऑक्सीकरण-अपचयन अभिक्रियाओं के सिद्धांतों पर आधारित इलेक्ट्रोड पर होने वाली प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष विद्युतरासायनिक अभिक्रियाएँ शामिल होती हैं। इन अभिक्रियाओं 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 विलयन या निलंबन को एक इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में डाला जाता है, और प्रत्यक्ष धारा के अनुप्रयोग द्वारा, एनोड पर इलेक्ट्रॉन निकाले जाते हैं, जिससे कार्बनिक यौगिकों का ऑक्सीकरण होता है। वैकल्पिक रूप से, निम्न-संयोजकता वाली धातुओं को एनोड पर उच्च-संयोजकता वाले धातु आयनों में ऑक्सीकृत किया जा सकता है, जो फिर कार्बनिक यौगिकों के ऑक्सीकरण में भाग लेते हैं। आमतौर पर, कार्बनिक यौगिकों के भीतर कुछ कार्यात्मक समूह विद्युत रासायनिक गतिविधि प्रदर्शित करते हैं। विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, इन कार्यात्मक समूहों की संरचना में परिवर्तन होता है, जिससे कार्बनिक यौगिकों के रासायनिक गुण बदल जाते हैं, उनकी विषाक्तता कम हो जाती है और उनकी जैव अपघटनीयता बढ़ जाती है।

विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण और अप्रत्यक्ष ऑक्सीकरण। प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण (प्रत्यक्ष विद्युत अपघटन) में इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण द्वारा अपशिष्ट जल से प्रदूषकों को सीधे हटाया जाता है। इस प्रक्रिया में एनोडिक और कैथोडिक दोनों प्रक्रियाएं शामिल हैं। एनोडिक प्रक्रिया में एनोड सतह पर प्रदूषकों का ऑक्सीकरण होता है, जिससे वे कम विषैले या अधिक जैव अपघटनीय पदार्थों में परिवर्तित हो जाते हैं, इस प्रकार प्रदूषकों को कम या समाप्त कर दिया जाता है। कैथोडिक प्रक्रिया में कैथोड सतह पर प्रदूषकों का अपचयन होता है और इसका उपयोग मुख्य रूप से हैलोजनीकृत हाइड्रोकार्बन के अपचयन और निष्कासन तथा भारी धातुओं की पुनर्प्राप्ति के लिए किया जाता है।

कैथोडिक प्रक्रिया को विद्युत रासायनिक अपचयन भी कहा जा सकता है। इसमें Cr6+ और Hg2+ जैसे भारी धातु आयनों को उनकी निम्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं में अपचयित करने के लिए इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण शामिल है। इसके अतिरिक्त, यह क्लोरीनीकृत कार्बनिक यौगिकों को अपचयित कर सकता है, उन्हें कम विषैले या गैर-विषैले पदार्थों में परिवर्तित कर सकता है, जिससे अंततः उनकी जैवअपघटनीयता बढ़ जाती है।

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

अप्रत्यक्ष ऑक्सीकरण (अप्रत्यक्ष विद्युत अपचयन) में प्रदूषकों को कम विषैले पदार्थों में परिवर्तित करने के लिए विद्युत रासायनिक रूप से उत्पन्न ऑक्सीकारक या अपचायक पदार्थों का अभिकारक या उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है। अप्रत्यक्ष विद्युत अपचयन को आगे उत्क्रमणीय और अउत्क्रमणीय प्रक्रियाओं में वर्गीकृत किया जा सकता है। उत्क्रमणीय प्रक्रियाओं (मध्यस्थ विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण) में विद्युत रासायनिक प्रक्रिया के दौरान रेडॉक्स स्पीशीज़ का पुनर्जनन और पुनर्चक्रण शामिल होता है। दूसरी ओर, अउत्क्रमणीय प्रक्रियाओं में कार्बनिक यौगिकों को ऑक्सीकृत करने के लिए अउत्क्रमणीय विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं से उत्पन्न पदार्थों का उपयोग किया जाता है, जैसे कि Cl2, क्लोरेट, हाइपोक्लोराइट, H2O2 और O3 जैसे प्रबल ऑक्सीकारक पदार्थ। अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं अत्यधिक ऑक्सीकारक मध्यवर्ती भी उत्पन्न कर सकती हैं, जिनमें विलायकित इलेक्ट्रॉन, ·HO रेडिकल, ·HO2 रेडिकल (हाइड्रोपेरॉक्सिल रेडिकल) और ·O2- रेडिकल (सुपरऑक्साइड आयन) शामिल हैं, जिनका उपयोग साइनाइड, फिनोल, सीओडी (रासायनिक ऑक्सीजन मांग) और S2- आयनों जैसे प्रदूषकों को विघटित और समाप्त करने के लिए किया जा सकता है, अंततः उन्हें हानिरहित पदार्थों में परिवर्तित किया जा सकता है।

प्रत्यक्ष एनोडिक ऑक्सीकरण के मामले में, कम अभिकारक सांद्रता द्रव्यमान स्थानांतरण सीमाओं के कारण विद्युत रासायनिक सतही प्रतिक्रिया को सीमित कर सकती है, जबकि अप्रत्यक्ष ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं में यह सीमा मौजूद नहीं होती है। प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष दोनों ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के दौरान, H2 या O2 गैस के उत्पादन से संबंधित पार्श्व अभिक्रियाएं हो सकती हैं, लेकिन इन पार्श्व अभिक्रियाओं को इलेक्ट्रोड सामग्री के चयन और विभव नियंत्रण के माध्यम से नियंत्रित किया जा सकता है।

उच्च कार्बनिक सांद्रता, जटिल संरचना, कई प्रतिरोधी पदार्थों और गहरे रंग वाले अपशिष्ट जल के उपचार में विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण प्रभावी पाया गया है। विद्युत रासायनिक सक्रियता वाले एनोड का उपयोग करके, यह तकनीक उच्च ऑक्सीकारक हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स को कुशलतापूर्वक उत्पन्न कर सकती है। इस प्रक्रिया से स्थायी कार्बनिक प्रदूषकों का विघटन गैर-विषैले, जैव-अपघटनीय पदार्थों में होता है और उनका पूर्णतः कार्बन डाइऑक्साइड या कार्बोनेट जैसे यौगिकों में खनिजीकरण हो जाता है।