Au sens large, l'oxydation électrochimique désigne l'ensemble du processus électrochimique, qui implique des réactions électrochimiques directes ou indirectes se produisant à l'électrode, selon les principes des réactions d'oxydoréduction. Ces réactions visent à réduire ou à éliminer les polluants des eaux usées.
Au sens strict, l'oxydation électrochimique désigne spécifiquement le processus anodique. Dans ce processus, une solution ou une suspension organique est introduite dans une cellule électrolytique et, par l'application d'un courant continu, des électrons sont extraits à l'anode, ce qui entraîne l'oxydation des composés organiques. Alternativement, les métaux de faible valence peuvent être oxydés en ions métalliques de haute valence à l'anode, qui participent alors à l'oxydation des composés organiques. Généralement, certains groupes fonctionnels des composés organiques présentent une activité électrochimique. Sous l'influence d'un champ électrique, la structure de ces groupes fonctionnels subit des modifications, modifiant les propriétés chimiques des composés organiques, réduisant leur toxicité et améliorant leur biodégradabilité.
L'oxydation électrochimique peut être classée en deux types : l'oxydation directe et l'oxydation indirecte. L'oxydation directe (électrolyse directe) consiste à éliminer directement les polluants des eaux usées par oxydation à l'électrode. Ce procédé comprend les procédés anodique et cathodique. Le procédé anodique consiste à oxyder les polluants à la surface de l'anode, les transformant en substances moins toxiques ou plus biodégradables, réduisant ou éliminant ainsi les polluants. Le procédé cathodique consiste à réduire les polluants à la surface de la cathode et est principalement utilisé pour la réduction et l'élimination des hydrocarbures halogénés et la récupération des métaux lourds.
Le processus cathodique peut également être appelé réduction électrochimique. Il implique le transfert d'électrons pour réduire les ions de métaux lourds tels que Cr6+ et Hg2+ à leurs états d'oxydation inférieurs. De plus, il peut réduire les composés organiques chlorés, les transformant en substances moins toxiques, voire non toxiques, améliorant ainsi leur biodégradabilité.
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
L'oxydation indirecte (électrolyse indirecte) implique l'utilisation d'agents oxydants ou réducteurs générés électrochimiquement comme réactifs ou catalyseurs pour convertir les polluants en substances moins toxiques. L'électrolyse indirecte peut être classée en procédés réversibles et irréversibles. Les procédés réversibles (oxydation électrochimique médiée) impliquent la régénération et le recyclage des espèces redox au cours du processus électrochimique. Les procédés irréversibles, quant à eux, utilisent des substances générées par des réactions électrochimiques irréversibles, telles que des agents oxydants puissants comme le Cl₂, les chlorates, les hypochlorites, H₂O₂ et O₃, pour oxyder les composés organiques. Les processus irréversibles peuvent également générer des intermédiaires hautement oxydants, notamment des électrons solvatés, des radicaux ·HO, des radicaux ·HO2 (radicaux hydroperoxyles) et des radicaux ·O2- (anions superoxydes), qui peuvent être utilisés pour dégrader et éliminer des polluants tels que le cyanure, les phénols, la DCO (demande chimique en oxygène) et les ions S2-, les transformant finalement en substances inoffensives.
Dans le cas de l'oxydation anodique directe, de faibles concentrations de réactifs peuvent limiter la réaction électrochimique de surface en raison des limitations du transfert de masse, tandis que cette limitation n'existe pas dans les procédés d'oxydation indirecte. Au cours des procédés d'oxydation directe et indirecte, des réactions secondaires impliquant la génération de gaz H₂ ou O₂ peuvent se produire, mais ces réactions secondaires peuvent être contrôlées par le choix des matériaux d'électrode et le contrôle du potentiel.
L'oxydation électrochimique s'est avérée efficace pour traiter les eaux usées présentant de fortes concentrations organiques, des compositions complexes, une multitude de substances réfractaires et une forte coloration. Grâce à l'utilisation d'anodes à activité électrochimique, cette technologie permet de générer efficacement des radicaux hydroxyles hautement oxydants. Ce processus conduit à la décomposition des polluants organiques persistants en substances non toxiques et biodégradables, puis à leur minéralisation complète en composés tels que le dioxyde de carbone ou les carbonates.
Date de publication : 07/09/2023
