Using Au NPs anchored on ZrO2/carbon black toward more efficient H2O2 electrogeneration in flow-by reactor for carbaryl removal in real wastewater

Autor(es)

Kronka, Matheus S. ; Fortunato, Guilherme V. ; Mira, Leticia ; Dos Santos, Alexsandro J. ; Lanza, Marcos R. V.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL; v. 452, p. 14-pg., 2023-01-15.

Resumo

In the present study, we designed a highly efficient catalyst for H2O2 production using gold nanoparticles (Au NPs) anchored on hybrid substrate composed of ZrO2 and Printex L6 carbon (Au-ZrO2/PL6C). The higher selectivity of Au-ZrO2/PL6C (97%) toward H2O2 electrogeneration and its improved activity in terms of ORR onset potential (140 mV for more positive values) compared to Au/PL6C (80%) were attributed to the synergism between Au NPs anchored on ZrO2/PL6C hybrid support. The results obtained from the application of the catalysts for H2O2 generation on gas diffusion electrode (GDE) after 120 min of electrolysis reflected the following order of efficiency: PL6C (similar to 140 mg L-1) < ZrO2/PL6C (similar to 235 mg L-1) < Au/PL6C (similar to 374 mg L-1) < Au-ZrO2/ PL6C (similar to 600 mg L-1). Given that Au-ZrO2/PL6C exhibited the highest catalytic efficiency, this catalyst was employed for the removal of carbaryl (CBR) using different electrochemical advanced oxidation processes. The CBR degradation tests exhibited pseudo first-order kinetics, with the electro-Fenton (EF) and photoelectro-Fenton (PEF) processes recording the fastest removal kinetics (3.5 x 10(-2) s(-1) and 4.1 x 10(-2) s(-1), respectively). The PEF process exhibited the highest efficiency in terms of organic by-products mineralization; this was attributed to the additional photodecarboxylation of the Fe(III)-RCOOH complexes by UVC light. The aromatic by-products, short chain carboxylic acids, and ionic nitrogen species produced during the mineralization process contributed to the successful degradation of CBR. Apart from the analysis with synthetic water, the study also analyzed the treatment of urban wastewater spiked with CBR using a pre-pilot flow plant. (AU)

• 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: 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: 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: 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: 19/04421-7 - 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