Em sentido amplo, a oxidação eletroquímica refere-se a todo o processo eletroquímico que envolve reações eletroquímicas diretas ou indiretas que ocorrem no eletrodo, baseadas nos princípios das reações de oxirredução. Essas reações visam reduzir ou remover poluentes das águas residuais.
Em termos estritos, a oxidação eletroquímica refere-se especificamente ao processo anódico. Nesse processo, uma solução ou suspensão orgânica é introduzida em uma célula eletrolítica e, por meio da aplicação de corrente contínua, elétrons são extraídos no ânodo, levando à oxidação de compostos orgânicos. Alternativamente, metais de baixa valência podem ser oxidados a íons metálicos de alta valência no ânodo, que então participam da oxidação de compostos orgânicos. Tipicamente, certos grupos funcionais dentro de compostos orgânicos exibem atividade eletroquímica. Sob a influência de um campo elétrico, a estrutura desses grupos funcionais sofre alterações, modificando as propriedades químicas dos compostos orgânicos, reduzindo sua toxicidade e aumentando sua biodegradabilidade.
A oxidação eletroquímica pode ser categorizada em dois tipos: oxidação direta e oxidação indireta. A oxidação direta (eletrólise direta) envolve a remoção direta de poluentes das águas residuais por meio da oxidação no eletrodo. Esse processo inclui tanto o processo anódico quanto o catódico. O processo anódico envolve a oxidação dos poluentes na superfície do ânodo, convertendo-os em substâncias menos tóxicas ou mais biodegradáveis, reduzindo ou eliminando os poluentes. O processo catódico envolve a redução dos poluentes na superfície do cátodo e é utilizado principalmente para a redução e remoção de hidrocarbonetos halogenados e a recuperação de metais pesados.
O processo catódico também pode ser chamado de redução eletroquímica. Envolve a transferência de elétrons para reduzir íons de metais pesados, como Cr6+ e Hg2+, a seus estados de oxidação mais baixos. Além disso, pode reduzir compostos orgânicos clorados, transformando-os em substâncias menos tóxicas ou não tóxicas, aumentando, em última análise, sua biodegradabilidade.
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
A oxidação indireta (eletrólise indireta) envolve o uso de agentes oxidantes ou redutores gerados eletroquimicamente como reagentes ou catalisadores para converter poluentes em substâncias menos tóxicas. A eletrólise indireta pode ser classificada em processos reversíveis e irreversíveis. Os processos reversíveis (oxidação eletroquímica mediada) envolvem a regeneração e a reciclagem de espécies redox durante o processo eletroquímico. Os processos irreversíveis, por outro lado, utilizam substâncias geradas a partir de reações eletroquímicas irreversíveis, como agentes oxidantes fortes como Cl₂, cloratos, hipocloritos, H₂O₂ e O₃, para oxidar compostos orgânicos. Processos irreversíveis também podem gerar intermediários altamente oxidantes, incluindo elétrons solvatados, radicais ·HO, radicais ·HO2 (radicais hidroperoxila) e radicais ·O2- (ânions superóxido), que podem ser usados para degradar e eliminar poluentes como cianeto, fenóis, DQO (Demanda Química de Oxigênio) e íons S2-, transformando-os, em última análise, em substâncias inofensivas.
No caso da oxidação anódica direta, baixas concentrações de reagentes podem limitar a reação eletroquímica superficial devido a limitações de transferência de massa, enquanto essa limitação não existe para processos de oxidação indireta. Durante ambos os processos de oxidação, direta e indireta, podem ocorrer reações secundárias envolvendo a geração de gás H₂ ou O₂, mas essas reações secundárias podem ser controladas por meio da seleção de materiais de eletrodo e do controle do potencial.
A oxidação eletroquímica tem se mostrado eficaz no tratamento de águas residuais com altas concentrações de matéria orgânica, composições complexas, presença de múltiplas substâncias refratárias e alta coloração. Utilizando ânodos com atividade eletroquímica, essa tecnologia pode gerar de forma eficiente radicais hidroxila altamente oxidantes. Esse processo leva à decomposição de poluentes orgânicos persistentes em substâncias não tóxicas e biodegradáveis, e à sua completa mineralização em compostos como dióxido de carbono ou carbonatos.
Data da publicação: 07/09/2023
