Kinetic study of electrochemical degradation of organic compounds on a boron doped diamond anode: Application to wastewater treatment.
Etude cinétique de la dégradation électrochimique de composés organiques sur l'anode de diamant dope au bore : Application à la dépollution d'effluents aqueux.
Résumé
The aim of this work was to study the mineralization by electrochemical oxidation of organic compounds contained in aqueous effluents. Compounds chosen as models were phenol and carboxylic acids stemming from the oxidation (maleic, oxalic and formic acids). The performance of the boron doped diamond anode (BDD) was compared with that of a commercial PbO2 electrode, under the same hydrodynamic conditions. The oxidation of phenol in aqueous solution shows that BDD anode possesses better kinetic and energetic properties. Kinetic studies conducted on solutions of maleic acid in the presence of oxalic and/or formic acids, showed that oxalic acid is directly oxidized by electron transfer whereas maleic and formic acids react with electrogenerated hydroxyl radicals. On the other hand, the supporting electrolyte can play a role on the oxidation efficiency: the main effect was observed in the presence of the perchlorate anion; the oxygen transfer on maleic acid is much more important than that of a pure faradaic process. This result is explained assuming a direct anodic oxidation of the anion into a perchlorate radical. The electrochemical process was applied to the treatment of representative emulsions of effluents produced by the metallurgy industry. Oxidation on a BBD electrode gives rise to a full mineralization of the surfactant (sodium dodecylbenzenesulfonate) and of the organic phase (lauryl alcohol, lauric or oleic acids) without demixtion. The numeric resolution of a physico-chemical model demonstrated that the oxidation of the organic molecules by the hydroxyl radicals occurs in a reaction layer, the thickness of which is about 1000 times as fine as the diffusion layer.
Ce travail a pour objectif l'étude de la minéralisation par oxydation électrochimique de composés organiques contenus dans des effluents aqueux. Les composés modèles étudiés sont le phénol et les acides carboxyliques issus de son oxydation (acides maléique, oxalique et formique). Les performances de l'anode de diamant dopé au bore (DDB) ont été comparées à celles d'une électrode commerciale de PbO2, sous les mêmes conditions hydrodynamiques. La minéralisation du phénol en solution aqueuse montre que l'anode de DDB possède les meilleures propriétés électrocatalytiques et énergétiques. Des études cinétiques, réalisées sur des solutions d'acide maléique en présence d'acides oxalique et/ou formique, ont montré que l'acide oxalique s'oxyde par transfert direct d'électrons avec l'électrode tandis que les acides maléique et formique réagissent avec les radicaux hydroxyles électrogénérés. D'autre part, l'électrolyte support peut jouer un rôle sur le processus d'oxydation : en présence d'ions perchlorates, le transfert d'atomes d'oxygène sur la molécule d'acide maléique est beaucoup plus important que celui prévu par le seul processus faradique. Ce résultat est interprété en admettant la formation de radicaux perchlorates par oxydation à un électron. Le procédé électrochimique a été appliqué au traitement d'émulsions représentatives d'effluents de l'industrie métallurgique. Sous certaines conditions expérimentales, la minéralisation est totale ; la dégradation du tensioactif (dodécylbenzènesulfonate de sodium) et de la phase organique (alcool lauryle, acide laurique ou oléique) s'effectue sans démixtion. La résolution numérique d'un modèle physico-chimique a démontré que l'oxydation des molécules organiques par les radicaux hydroxyles se produit dans une couche réactionnelle dont l'épaisseur est environ 1000 fois plus fine que la zone de diffusion des espèces organiques.