فرآیند اکسیداسیون پیشرفته

فرآیند اکسایش-کاهش

اکسایش و کاهش نام کلی واکنش‌های شیمیایی است که مایه تغییر عدد اکسایش اتم‌ها می‌شوند.
این فرایند می‌تواند دربرگیرنده واکنش‌های ساده‌ای همچون اکسایش کربن و تبدیل آن به کربن دی‌اکسید و کاهش کربن و تبدیل آن به متان و یا واکنش‌های پیچیده‌ای چون اکسایش قند در بدن انسان طی واکنش‌های چند مرحله‌ای باشد.

با کمی اغماض علمی می‌توان این فرایند را انتقال یک یا چند الکترون از یک اتم، مولکول یا یون به یک اتم، ملکول یا یون دیگر دانست.
در هر واکنش اکسایش و کاهش اتم یا مولکولی الکترون از دست می‌دهد (اکسایش) و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می‌کند (کاهش) می‌یابد.
در چنین واکنشی مولکول دهنده اتم اکسیده شده و ملکول گیرنده کاهیده می‌شود.

اکسایش و کاهش به تنهایی انجام پذیر نیستند.
چون یک ماده نمی‌تواند کاهیده شود مگر آن که هم‌زمان ماده‌ای دیگر، اکسیده گردد، ماده کاهیده شده، عامل اکسایش است و بنابراین عامل اکسنده نامیده می‌شود و ماده‌ای که خود اکسید می‌شود، عامل کاهنده می‌نامیم .

توضیحی مختصر درباره اکسایش-کاهش

فرايندهاي اکسيداسيون پيشرفته، همواره منجر به توليد راديکال هاي بسيار فعال هيدروکسيل مي گردند که اين راديکال ها، پتانسيل بالايي براي اکسيداسيون ترکيبات آلي دارند.
يکي از فرايندهاي اکسيداسيون شيميايي، فنتون است که در آن، يون آهن به عنوان کاتاليست در يک محيط اسيدي با اکسيدان وارد واکنش شده و توليد راديکال هيدروکسيل مي نمايد.
اين واکنش از نوع واکنش هاي اکسايش – احيا مي باشد به اين ترتيب که يون فلزي، انتقال يک الکترون را مي پذيرد.

فرایند اکسیداسیون پیشرفته(AOP) یکی از فرایندهای موثر تصفیه پساب های بسیار آلوده صنعتی و سمی است.
تحقیقات بسیار گسترده ای در توسعه این فرایند در دهه اخیر درکشورهای پیشرفته صنعتی صورت گرفته است که ممکن است حتی فرایندهای مرسوم تصفیه پساب را در آینده به چالش بکشد.

فاضلاب نساجی قبل و بعد از اکسیداسیون پیشرفته
نمونه فاضلاب قبل و بعد از اکسیداسیون پیشرفته

معادلات واکنش اکسیداسیون پیشرفته

اساس کار بسیاری از فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته بر پایه تولیدرادیکال هاي آزاد هیدروکسیل(OH•) است که توانایی زیادي در تجزیه بسیاری از مواد آلی که عامل اصلی آلایندگی و ایجاد رنگ در فاضلاب صنایع مختلف است را تجزیه کند. رادیکال OH• بشدت واکنش پذیر بوده و خاصیت انتخابی کمتری نسبت به سایر اکسیدان ها دارد. پتانسیل اکسیداسیون استاندارد رادیکال هیدروکسیل 8/2 V بوده که پس از فلورین رادیکال هیدروکسیل به عنوان یکی از قویترین اکسیدان ها شناخته می شود. رادیکال هیدروکسیل بعد از فلورین، دارای بالاترین پتانسیل اکسیدکنندگی می باشد.

فرآیند فنتون
اکسیداسیون پیشرفته

رادیکال هیدروکسیل 106– 1012 برابر سریعتر از  فرآیند ازناسیون با برخی از مواد آلی واکنش می دهد و سبب اکسیداسیون و معدنی سازی بسیاری از مواد آلی  می شود بطوری که آنها را به محصولاتی بی خطر و با زیست تخریب پذیری بالا( قابل تجزیه) تبدیل می کند. که در نهایت محصولاتی  بی ضرری از قبیل CO2، H2O و نمک های معدنی تولید می شود.ولی با این حال رادیکال های  هیدروکسیل ناپایدار و عمر آن کمتر از 3-10 ثانیه است. روابط زیر(1،2،3 و4) واکنش و پتانسیل اکسیدکنندگی رادیکال هیدروکسیل را نشان می دهد.

جداول فرمول ها

(1) R + HO → ROH                                             
(2) R + HO → R + H2O
(3) Rn + HO → Rn-1 + OH 
(4) HO + H+ + e → H2O      , E0 = 2.8 V vs NHE

فرآیند فنتون بر مبنای انتقال الکترون بین H2O2 و یک یون فلزی ( عموما یون آهن) که به عنوان کاتالیزور همگن عمل می کند، تعریف می گردد. بر اساس مکانیسم والینگ و کاتو در محیط اسیدی در اثر واکنش هیدروژن پروکسید با یون فرو یا فروس، مکانیسم اکسایش کاهش فرآیند فنتون بشرح زیر است. بر اساس این مکانیسم رادیکال هیدروکسیل تولید شده با حمله به موادآلی (RH) موجب تخریب آنها می گردد (روابط 5، 6، 7 و 8):

H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + HO + OH (5)
OH + RH → H2O + R• (6)
R• + Fe3+ → R+ + Fe2+ (7)
R• + H2O2 → ROH + OH (8)
بیشتر بخوانیم :

همه چیز در رابطه با انعقاد

کمک منعقد کننده در انعقاد