विद्युतरासायनिक ऑक्सीकरण

व्यापक अर्थ में, इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री की पूरी प्रक्रिया को संदर्भित करता है, जिसमें ऑक्सीकरण-कमी 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, इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण विशेष रूप से एनोडिक प्रक्रिया को संदर्भित करता है। इस प्रक्रिया में, एक कार्बनिक समाधान या निलंबन को इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में पेश किया जाता है, और प्रत्यक्ष धारा के अनुप्रयोग के माध्यम से, इलेक्ट्रॉनों को एनोड पर निकाला जाता है, जिससे कार्बनिक यौगिकों का ऑक्सीकरण होता है। वैकल्पिक रूप से, कम-वैलेंस धातुओं को एनोड पर उच्च-वैलेंस धातु आयनों में ऑक्सीकरण किया जा सकता है, जो तब 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, कार्बनिक यौगिकों के रासायनिक गुणों में परिवर्तन होता है, उनकी विषाक्तता कम होती है, और उनकी बायोडिग्रेडेबिलिटी बढ़ती 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 होता है, उन्हें कम विषैले पदार्थों या ऐसे पदार्थों में परिवर्तित किया जाता है जो अधिक बायोडिग्रेडेबल होते हैं, जिससे प्रदूषक कम होते हैं या समाप्त हो जाते हैं। कैथोडिक प्रक्रिया में कैथोड सतह पर प्रदूषकों को कम करना शामिल है और इसका उपयोग मुख्य रूप से हैलोजेनेटेड हाइड्रोकार्बन को कम करने और हटाने और भारी धातुओं की पुनर्प्राप्ति के लिए किया जाता है।

कैथोडिक प्रक्रिया को इलेक्ट्रोकेमिकल रिडक्शन के रूप में भी जाना जा सकता है। इसमें Cr6+ और Hg2+ जैसे भारी धातु आयनों को उनकी निम्न 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, अंततः उनकी बायोडिग्रेडेबिलिटी को बढ़ा सकता है:

आर-सीएल + एच+ + ई → आरएच + सीएल-

अप्रत्यक्ष ऑक्सीकरण (अप्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलिसिस) में प्रदूषकों को कम विषाक्त पदार्थों में परिवर्तित करने के लिए अभिकारक या उत्प्रेरक के रूप में विद्युत रासायनिक रूप से उत्पन्न ऑक्सीकरण या कम करने वाले एजेंटों का उपयोग शामिल होता 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 होता है। दूसरी ओर, अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं कार्बनिक यौगिकों को ऑक्सीकरण करने के लिए अपरिवर्तनीय विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न पदार्थों, जैसे कि सीएल 2, क्लोरेट्स, हाइपोक्लोराइट, एच 2 ओ 2 और ओ 3 जैसे मजबूत ऑक्सीकरण एजेंटों का उपयोग करती हैं। अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं अत्यधिक ऑक्सीडेटिव मध्यवर्ती भी उत्पन्न कर सकती हैं, जिनमें सॉल्वेटेड इलेक्ट्रॉन, ·HO रेडिकल, ·HO2 रेडिकल (हाइड्रोपेरॉक्सिल रेडिकल), और ·O2- रेडिकल (सुपरऑक्साइड आयन) शामिल हैं, जिनका उपयोग साइनाइड, फिनोल जैसे प्रदूषकों को कम करने और खत्म करने के लिए किया जा सकता है। सीओडी (केमिकल ऑक्सीजन डिमांड), और एस2-आयन, अंततः उन्हें हानिरहित पदार्थों में बदल देते हैं।

प्रत्यक्ष एनोडिक ऑक्सीकरण के मामले में, कम प्रतिक्रियाशील सांद्रता बड़े पैमाने पर 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 दोनों ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के दौरान, H2 या O2 गैस के उत्पादन से जुड़ी साइड प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं, लेकिन इन साइड प्रतिक्रियाओं को इलेक्ट्रोड सामग्री के चयन और संभावित नियंत्रण के माध्यम से नियंत्रित किया जा सकता है।

उच्च कार्बनिक सांद्रता, जटिल रचनाओं, अनेक दुर्दम्य पदार्थों और उच्च रंगाई वाले अपशिष्ट जल के उपचार के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण को प्रभावी पाया गया है। इलेक्ट्रोकेमिकल गतिविधि के साथ एनोड का उपयोग करके, यह तकनीक कुशलतापूर्वक अत्यधिक ऑक्सीडेटिव हाइड्रॉक्सिल रेडिकल उत्पन्न कर सकती है। इस प्रक्रिया से लगातार कार्बनिक प्रदूषकों का गैर विषैले, बायोडिग्रेडेबल पदार्थों में अपघटन होता है और उनका पूर्ण खनिजीकरण कार्बन डाइऑक्साइड या कार्बोनेट जैसे यौगिकों में होता है।