ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઓક્સિડેશન

વ્યાપક અર્થમાં, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઓક્સિડેશન એ ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રીની સમગ્ર પ્રક્રિયાનો ઉલ્લેખ કરે છે, જેમાં ઓક્સિડેશન-ઘટાડાની પ્રતિક્રિયાઓના સિદ્ધાંતોના આધારે ઇલેક્ટ્રોડ પર થતી પ્રત્યક્ષ અથવા પરોક્ષ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે. આ પ્રતિક્રિયાઓનો ઉદ્દેશ ગંદા પાણીમાંથી પ્રદૂષકોને ઘટાડવા અથવા દૂર કરવાનો છે.

સંક્ષિપ્ત રીતે વ્યાખ્યાયિત, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઓક્સિડેશન ખાસ કરીને એનોડિક પ્રક્રિયાનો સંદર્ભ આપે છે. આ પ્રક્રિયામાં, એક કાર્બનિક દ્રાવણ અથવા સસ્પેન્શનને ઇલેક્ટ્રોલિટીક કોષમાં દાખલ કરવામાં આવે છે, અને સીધા પ્રવાહના ઉપયોગ દ્વારા, એનોડ પર ઇલેક્ટ્રોન કાઢવામાં આવે છે, જે કાર્બનિક સંયોજનોના ઓક્સિડેશન તરફ દોરી જાય છે. વૈકલ્પિક રીતે, ઓછી સંયોજક ધાતુઓને એનોડ પર ઉચ્ચ સંયોજક ધાતુના આયનોમાં ઓક્સિડાઇઝ કરી શકાય છે, જે પછી કાર્બનિક સંયોજનોના ઓક્સિડેશનમાં ભાગ લે છે. સામાન્ય રીતે, કાર્બનિક સંયોજનોમાં અમુક કાર્યાત્મક જૂથો ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે. વિદ્યુત ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ, આ કાર્યાત્મક જૂથોની રચનામાં ફેરફાર થાય છે, કાર્બનિક સંયોજનોના રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં ફેરફાર થાય છે, તેમની ઝેરીતા ઘટાડે છે અને તેમની બાયોડિગ્રેડબિલિટીમાં વધારો થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઓક્સિડેશનને બે પ્રકારમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે: પ્રત્યક્ષ ઓક્સિડેશન અને પરોક્ષ ઓક્સિડેશન. ડાયરેક્ટ ઓક્સિડેશન (ડાયરેક્ટ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ) માં ગંદાપાણીમાંથી પ્રદૂષકોને ઇલેક્ટ્રોડ પર ઓક્સિડાઇઝ કરીને સીધા દૂર કરવાનો સમાવેશ થાય છે. આ પ્રક્રિયામાં એનોડિક અને કેથોડિક બંને પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે. એનોડિક પ્રક્રિયામાં એનોડ સપાટી પર પ્રદૂષકોના ઓક્સિડેશનનો સમાવેશ થાય છે, જે તેમને ઓછા ઝેરી પદાર્થો અથવા વધુ બાયોડિગ્રેડેબલ હોય તેવા પદાર્થોમાં રૂપાંતરિત કરે છે, આમ પ્રદૂષકોને ઘટાડે છે અથવા દૂર કરે છે. કેથોડિક પ્રક્રિયામાં કેથોડ સપાટી પર પ્રદૂષકોના ઘટાડાનો સમાવેશ થાય છે અને તેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે હેલોજેનેટેડ હાઇડ્રોકાર્બનને ઘટાડવા અને દૂર કરવા અને ભારે ધાતુઓની પુનઃપ્રાપ્તિ માટે થાય છે.

કેથોડિક પ્રક્રિયાને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ રિડક્શન તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. તેમાં Cr6+ અને Hg2+ જેવા ભારે ધાતુના આયનોને તેમની નીચલી ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં ઘટાડવા માટે ઇલેક્ટ્રોનનું ટ્રાન્સફર સામેલ છે. વધુમાં, તે ક્લોરિનેટેડ કાર્બનિક સંયોજનોને ઘટાડી શકે છે, તેમને ઓછા ઝેરી અથવા બિન-ઝેરી પદાર્થોમાં રૂપાંતરિત કરી શકે છે, આખરે તેમની બાયોડિગ્રેડબિલિટી વધારી શકે છે:

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

પરોક્ષ ઓક્સિડેશન (પરોક્ષ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ) પ્રદૂષકોને ઓછા ઝેરી પદાર્થોમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે વિદ્યુતરાસાયણિક રીતે ઉત્પાદિત ઓક્સિડાઇઝિંગ અથવા રિડ્યુસિંગ એજન્ટ્સનો રિએક્ટન્ટ અથવા ઉત્પ્રેરક તરીકે ઉપયોગ કરે છે. પરોક્ષ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણને વધુ ઉલટાવી શકાય તેવી અને ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયાઓમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે. ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયાઓ (મધ્યસ્થી ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઓક્સિડેશન) માં ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયા દરમિયાન રેડોક્સ પ્રજાતિઓના પુનર્જીવન અને રિસાયક્લિંગનો સમાવેશ થાય છે. બીજી તરફ, બદલી ન શકાય તેવી પ્રક્રિયાઓ, ઉલટાવી શકાય તેવી વિદ્યુતરાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાંથી ઉત્પન્ન થતા પદાર્થોનો ઉપયોગ કરે છે, જેમ કે Cl2, ક્લોરેટ્સ, હાઇપોક્લોરાઇટ, H2O2 અને O3 જેવા મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો, કાર્બનિક સંયોજનોને ઓક્સિડાઇઝ કરવા માટે. ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયાઓ પણ ઉચ્ચ ઓક્સિડેટીવ મધ્યવર્તી પેદા કરી શકે છે, જેમાં સોલ્વેટેડ ઇલેક્ટ્રોન, ·HO રેડિકલ, ·HO2 રેડિકલ્સ (હાઇડ્રોપેરોક્સિલ રેડિકલ), અને ·O2- રેડિકલ (સુપરઓક્સાઇડ એનિઓન્સ), જેનો ઉપયોગ સાયનાઇડ, ફિનોલ્સ, જેવા પ્રદૂષકોને અધોગતિ અને દૂર કરવા માટે થઈ શકે છે. COD (કેમિકલ ઓક્સિજન ડિમાન્ડ), અને S2- આયનો, આખરે તેમને હાનિકારક પદાર્થોમાં પરિવર્તિત કરે છે.

ડાયરેક્ટ એનોડિક ઓક્સિડેશનના કિસ્સામાં, સામૂહિક સ્થાનાંતરણ મર્યાદાઓને કારણે નીચા રિએક્ટન્ટ સાંદ્રતા ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સપાટીની પ્રતિક્રિયાને મર્યાદિત કરી શકે છે, જ્યારે આ મર્યાદા પરોક્ષ ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયાઓ માટે અસ્તિત્વમાં નથી. બંને પ્રત્યક્ષ અને પરોક્ષ ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન, H2 અથવા O2 ગેસના ઉત્પાદન સાથે સંકળાયેલી આડ પ્રતિક્રિયાઓ થઈ શકે છે, પરંતુ આ બાજુ પ્રતિક્રિયાઓને ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીની પસંદગી અને સંભવિત નિયંત્રણ દ્વારા નિયંત્રિત કરી શકાય છે.

ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઓક્સિડેશન ઉચ્ચ કાર્બનિક સાંદ્રતા, જટિલ રચનાઓ, પ્રત્યાવર્તન પદાર્થોના સમૂહ અને ઉચ્ચ રંગ સાથે ગંદાપાણીની સારવાર માટે અસરકારક હોવાનું જણાયું છે. ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રવૃત્તિ સાથે એનોડનો ઉપયોગ કરીને, આ ટેક્નોલોજી અસરકારક રીતે ઉચ્ચ ઓક્સિડેટીવ હાઇડ્રોક્સિલ રેડિકલ પેદા કરી શકે છે. આ પ્રક્રિયા સતત કાર્બનિક પ્રદૂષકોના બિન-ઝેરી, બાયોડિગ્રેડેબલ પદાર્થોમાં વિઘટન તરફ દોરી જાય છે અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અથવા કાર્બોનેટ જેવા સંયોજનોમાં તેમનું સંપૂર્ણ ખનિજીકરણ થાય છે.