6.2.3. Электрохимические процессы восстановления и окисления.

Для электрохимической очистки сточных вод от органических загрязнений важное значение имеют процессы электрохимического окисления, так как именно они приводят к разрушению основной углерод -углеродной цепи органических веществ и обеспечивают глубокую минерализацию вплоть до воды и оксида углерода (IV). Катодное восстановление имеет меньшее значение.

Реакции катодного восстановления в водных средах связаны с механизмом выделения водорода на электроде и поэтому говорят о различной природе восстанавливающих агентов: электронах, атомах водорода, ионах водорода.

На ход процесса восстановления влияет характер заместителя и его положение в восстанавливаемом веществе. Например восстановление нитробензола до анилина:

Образующиеся аминосоединения значительно легче окисляются, чем исходные нитросоединения. Поэтому сточные воды, содержащие нитросоединения сначала обрабатывают в катодной камере электровосстановлением, а затем в анодной камере проводят окисление.

Процессы электроокисления протекают значительно труднее, нежели катодные процессы из-за энергетической неоднородности металла, участия адсорбированных гидроксильных частиц. В некоторых случаях электроокисление может происходить по электронному механизму: органическое вещество адсорбируясь на аноде, отдает электроны с одновременной или предшествующей дегидратацией: R -H -  R^ + H⁺. Дальнейшее превращение радикала R^ определяется его реакционной способностью. При электроокислении формальдегида на платиновом аноде наряду с СО₂ были обнаружены НСНО, НСООН, НСОО^-, что указывает на протекание реакции через промежуточное образование НСНО, НСООН. Процессы электровосстановления или электроокисления зависят от многих факторов: химического строения органических веществ, адсорбции на электродах, параметров электролиза, присутствия посторонних ионов и др.

В объеме электролита под влиянием электрического поля протекают сложные физико-химические процессы, в результате которых происходит ряд превращений, таких как коагуляция и флокуляция коллоидных частиц, изменение степени окисления, формирование твердой, газообразной фаз, деструкция сложных органических соединений и т.д. Изменения в объеме оказывают существенное влияние и на электродные реакции, особенно в разбавленных растворах, которыми являются сточные воды.

Воздействие электрического поля на дисперсные системы обусловливает комплекс неравновесных электроповерхностных явлений, приводящих к качественному изменению компонентов систем. К таким эффектам можно отнести: электроориентационный эффект - ориентация частиц и цепочечных агрегатов вдоль вектора внешнего пол; поляризационную коагуляцию - безреагентный процесс агрегирования частиц в электрическом поле.

Поляризация и ориентация дисперсных частиц во внешнем электрическом поле определяются их электрическими свойствами и свойствами дисперсионой среды, в первую очередь диэлектрической проницаемостью. Под действием тока может происходить поляризация самой частицы или ее ДЭС. Силовое воздействие поля также обеспечивает миграцию (транспорт) заряженных частиц в жидкости. В первую очередь это транспорт ионов (электродиализ), коллоидных частиц (электрофорез, электроосмос). В технологии обработки сточных вод наиболее характерен транспорт коллоидных частиц. для которых возникающие электрические силы соизмеримы с силами тяжести.

Весьма существенным фактором, определяющим состояние электролита в межэлектродном пространстве, являются продукты электродных реакций. При миграции продуктов в глубь раствора происходит их химическое взаимодействие с примесями или водой, что может привести к изменению рН среды, окислительно-восстановительным реакциям. Выделение вещества за счет электродных реакций приводит к росту его локальных концентраций, смещению химического равновесия, к фазовым превращениям. При разделении продуктов приэлектродных зон диафрагмами возможно получение щелочных или кислотных растворов.