Au sens large, l'oxydation électrochimique fait référence à l'ensemble du processus électrochimique, qui implique des réactions électrochimiques directes ou indirectes se produisant au niveau de l'électrode, basées sur les principes des réactions d'oxydo-réduction. Ces réactions visent à réduire ou éliminer les polluants des eaux usées.
Au sens étroit, l'oxydation électrochimique fait spécifiquement référence au processus anodique. Dans ce processus, une solution ou une suspension organique est introduite dans une cellule électrolytique et, grâce à l'application de courant continu, des électrons sont extraits à l'anode, conduisant à l'oxydation des composés organiques. Alternativement, les métaux de faible valence peuvent être oxydés en ions métalliques de haute valence au niveau de l'anode, qui participent ensuite à l'oxydation des composés organiques. En règle générale, certains groupes fonctionnels au sein 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) implique l'élimination directe des polluants des eaux usées en les oxydant au niveau de l'électrode. Ce processus comprend à la fois les processus anodiques et cathodiques. Le processus anodique implique l'oxydation des polluants à la surface de l'anode, les convertissant en substances moins toxiques ou en substances plus biodégradables, réduisant ou éliminant ainsi les polluants. Le procédé cathodique implique la réduction des 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. Cela implique le transfert d’électrons pour réduire les ions de métaux lourds tels que Cr6+ et Hg2+ dans leurs états d’oxydation inférieurs. De plus, il peut réduire les composés organiques chlorés, les transformant en substances moins toxiques ou 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 processus réversibles et irréversibles. Les processus réversibles (oxydation électrochimique médiée) impliquent la régénération et le recyclage des espèces rédox au cours du processus électrochimique. Les processus 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, le H2O2 et l'O3, pour oxyder les composés organiques. Des processus irréversibles peuvent également générer des intermédiaires hautement oxydants, notamment des électrons solvatés, des radicaux ·HO, des radicaux ·HO2 (radicaux hydroperoxyle) et des radicaux ·O2- (anions superoxydes), qui peuvent être utilisés pour dégrader et éliminer des polluants tels que le cyanure, les phénols, DCO (demande chimique en oxygène) et 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 de transfert de masse, alors que cette limitation n'existe pas pour les processus d'oxydation indirecte. Au cours des processus 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 grâce à la sélection des matériaux d'électrode et au contrôle du potentiel.
L'oxydation électrochimique s'est avérée efficace pour traiter les eaux usées présentant des concentrations organiques élevées, des compositions complexes, une multitude de substances réfractaires et une coloration élevée. En utilisant des anodes à activité électrochimique, cette technologie peut générer efficacement des radicaux hydroxyles hautement oxydants. Ce processus conduit à la décomposition des polluants organiques persistants en substances non toxiques et biodégradables et à leur minéralisation complète en composés comme le dioxyde de carbone ou les carbonates.
Heure de publication : 07 septembre 2023
