Electrochemical oxidation of ciprofloxacin in different aqueous matrices using synthesized boron-doped micro and nano-diamond anodes

Autor(es)

dos Santos, Alexsandro J. ^[1] ; Fortunato, V, Guilherme ; Kronka, Matheus S. ^[2] ; Vernasqui, Lais G. ^[3] ; Ferreira, Neidenei G. ^[3] ; Lanza, V, Marcos R.

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] V, Univ Sao Paulo, Sao Carlos Inst Chem, Ave Trabalhador Sao Carlense 400, BR-13566590 Sao Carlos, SP - Brazil

^[2] Fortunato, Guilherme, V, V, Univ Sao Paulo, Sao Carlos Inst Chem, Ave Trabalhador Sao Carlense 400, BR-13566590 Sao Carlos, SP - Brazil

^[3] Natl Inst Space Res INPE, Av Astronautas 1758, BR-12227010 Sao Jose Dos Campos, SP - Brazil

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Environmental Research; v. 204, n. A MAR 2022.
• Citações Web of Science: 0

Resumo

The present work investigates the electrocatalytic performance of two different morphologies of boron dopeddiamond film electrode (microcrystalline diamond - MCD, and nanocrystalline diamond - NCD) used in electrochemical oxidation for the removal of the antibiotic ciprofloxacin (CIP). A thorough study was conducted regarding the formation of the MCD and NCD films through the adjustment of methane in CH4/H2 gas mixture, and the two films were compared in terms of crystalline structure, apparent doping level, and electrochemical properties. The physicochemical results showed that the NCD film had higher sp2 carbon content and greater doping level; this contributed to improvements in its surface roughness, as well as its specific capacitance and charge transfer, which consequently enhanced its electrocatalytic activity in comparison with the MCD. The results obtained from CIP removal and mineralization assays performed in sulfate medium also showed that the NCD was more efficient than the MCD under all the current densities investigated. The effects of CIP concentration and the evolution of the final by-products, including short-chain carboxylic acids and inorganic ions, were also investigated. The electrochemical performance of the NCD was evaluated in different aqueous matrices, including chloride medium, real wastewater and simulated urine. The application of the NCD led to complete or almost complete CIP degradation, regardless of the medium employed. The kinetic constant rates obtained under the different media investigated were as follows: synthetic urine (0.0416 min-1 - R2 = 0.991) < real wastewater (0.0923 min-1 R2 = 0.997) < synthetic matrix containing chloride (0.1992 min-1 - R2 = 0.995); this shows that the pollutant degradation was affected by the type of aqueous matrix and the oxidants that were electrogenerated in situ. The results obtained from the analysis of electrical energy per order (EE/O) showed that the treatment of simulated urine spkiked with required the highest energy consumption, followed by the real effluent and synthetic matrix containing chloride. The present study proves the viability of electrocatalytic nanostructured materials to the treatment of antibiotics in complex matrices. (AU)

• Processo FAPESP: 17/10118-0 - Estudo e aplicação da tecnologia eletroquímica para a análise e a degradação de interferentes endócrinos: materiais, sensores, processos e divulgação científica
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 19/20634-0 - Tratamento de águas residuais contaminadas com interferentes endócrinos pela aplicação de processos eletroquímicos de oxidação avançada: efeito sinérgico de diferentes catodos suportados em carbono
• Beneficiário: Alexsandro Jhones dos Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 14/50945-4 - INCT 2014: Instituto Nacional de Tecnologias Alternativas para Detecção, Avaliação Toxicológica e Remoção de Micropoluentes e Radioativos
• Beneficiário: Maria Valnice Boldrin
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 19/04421-7 - Produção e caracterização de nanocompositos metal-grafeno ou óxido de grafeno visando a produção eletrocatalítica de peróxido de hidrogênio: Uma aplicação à degradação de desreguladores endócrinos por processos eletroquímicos oxidativos avançados
• Beneficiário: Guilherme Vilalba Fortunato
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/23464-3 - Estudo da degradação dos agrotóxicos paraquat, metam-sódico e carbaril via Processos Oxidativos Avançados Eletroquímicos (POAE) utilizando eletrodos de difusão gasosa modificados com óxidos bimetálicos
• Beneficiário: Matheus Schiavon Kronka
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 19/00592-1 - Degradação de agrotóxicos da classe dos carbamatos via Processos Eletroquímicos Oxidativos Avançados (PEOA) utilizando eletrodos de diamante dopado com boro
• Beneficiário: Laís Gimenes Vernasqui
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto