전기화학적 산화

넓은 의미에서 전기화학적 산화는 산화-환원 반응의 원리에 기반하여 전극에서 직접적 또는 간접적으로 발생하는 전기화학적 반응을 포함하는 전기화학 공정 전체를 지칭합니다. 이러한 반응은 폐수에서 오염 물질을 줄이거나 제거하는 것을 목표로 합니다.

좁은 의미에서 전기화학적 산화는 특히 양극 산화 과정을 가리킵니다. 이 과정에서 유기 용액 또는 현탁액을 전해조에 넣고 직류 전류를 인가하면 양극에서 전자가 추출되어 유기 화합물이 산화됩니다. 또는 저가 금속이 양극에서 고가 금속 이온으로 산화되어 유기 화합물의 산화에 참여할 수도 있습니다. 일반적으로 유기 화합물 내의 특정 작용기는 전기화학적 활성을 나타냅니다. 전기장의 영향으로 이러한 작용기의 구조가 변화하여 유기 화합물의 화학적 성질이 변하고 독성이 감소하며 생분해성이 향상됩니다.

전기화학적 산화는 직접 산화와 간접 산화의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 직접 산화(직접 전기분해)는 전극에서 오염 물질을 산화시켜 폐수에서 직접 제거하는 방식입니다. 이 과정에는 양극 공정과 음극 공정이 모두 포함됩니다. 양극 공정은 양극 표면에서 오염 물질을 산화시켜 독성이 덜하거나 생분해성이 더 높은 물질로 전환함으로써 오염 물질을 감소시키거나 제거합니다. 음극 공정은 음극 표면에서 오염 물질을 환원시키는 방식으로, 주로 할로겐화 탄화수소의 환원 및 제거와 중금속 회수에 사용됩니다.

음극 공정은 전기화학적 환원이라고도 합니다. 이 공정은 전자를 전달하여 Cr6+ 및 Hg2+와 같은 중금속 이온을 더 낮은 산화 상태로 환원시키는 과정입니다. 또한, 염소화 유기 화합물을 환원시켜 독성이 낮거나 없는 물질로 변환시켜 궁극적으로 생분해성을 향상시킬 수 있습니다.

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

간접 산화(간접 전기분해)는 전기화학적으로 생성된 산화제 또는 환원제를 반응물이나 촉매로 사용하여 오염 물질을 독성이 덜한 물질로 전환하는 공정입니다. 간접 전기분해는 가역적 공정과 비가역적 공정으로 분류할 수 있습니다. 가역적 공정(매개 전기화학적 산화)은 전기화학적 과정 중에 산화환원 물질이 재생 및 재활용되는 공정입니다. 반면, 비가역적 공정은 Cl2, 염소산염, 차아염소산염, H2O2, O3와 같은 강산화제와 같이 비가역적인 전기화학 반응에서 생성된 물질을 이용하여 유기 화합물을 산화시키는 공정입니다. 비가역적 과정은 용매화 전자, ·HO 라디칼, ·HO2 라디칼(하이드로퍼옥실 라디칼) 및 ·O2- 라디칼(초산화물 음이온)을 포함한 고산화성 중간체를 생성할 수 있으며, 이러한 중간체는 시안화물, 페놀, COD(화학적 산소 요구량) 및 S2- 이온과 같은 오염 물질을 분해 및 제거하여 궁극적으로 무해한 물질로 변환하는 데 사용될 수 있습니다.

직접 양극 산화의 경우, 반응물 농도가 낮으면 물질 전달 제한으로 인해 전기화학적 표면 반응이 제한될 수 있지만, 간접 산화 공정에서는 이러한 제한이 없습니다. 직접 및 간접 산화 공정 모두에서 H2 또는 O2 가스 생성과 관련된 부반응이 발생할 수 있지만, 이러한 부반응은 전극 재료 선택 및 전위 제어를 통해 제어할 수 있습니다.

전기화학적 산화는 유기물 농도가 높고, 구성이 복잡하며, 난분해성 물질이 다량 함유되어 있고, 착색도가 높은 폐수 처리에 효과적인 것으로 밝혀졌습니다. 이 기술은 전기화학적 활성을 지닌 양극을 이용하여 강력한 산화력을 가진 하이드록실 라디칼을 효율적으로 생성할 수 있습니다. 이러한 과정을 통해 난분해성 유기 오염물질이 무독성 생분해성 물질로 분해되고, 나아가 이산화탄소나 탄산염과 같은 무기화 화합물로 완전히 전환됩니다.