Unlocking the potential of in situ H2O2 generation in urine as a decentralized electro-sanitation strategy

Autor(es)

Felisardo, Raul Jose Alves ; Magalha, Carlos Henrique ; Santos, Gessica de Oliveira Santiago ; Lanza, Marcos Roberto de Vasconcelos

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL; v. 507, p. 14-pg., 2025-03-01.

Resumo

This study evaluated the impact of the direct in situ generation of hydrogen peroxide (H2O2) in urine through the application of gas diffusion electrode based on Printex L6 carbon. The oxidative potential of H2O2 was explored to promote the degradation of urea, creatinine, and uric acid. Different current densities (25, 50, 75, and 100 mAcm-2) were tested for H2O2 electro-generation in Na2SO4 under ionic strength and pH conditions similar to those of synthetic urine. The current density of 50 mAcm-2 was found to provide the best balance of H2O2 production, energy efficiency, and energy consumption; under these conditions, the concentration of H2O2 electrogenerated was compared with that accumulated in the urine matrix itself, both in the presence and absence of organic compounds. The results showed that the compositional complexity of urine extends beyond organic compounds, and the significant difference in H2O2 generation between Na2SO4 and the synthetic inorganic urine matrix can be attributed to the presence of dissociated ions or species generated during the electrolytic process, with active chlorine species playing a notable role. The direct electrogeneration of H2O2 in urine resulted in the removal of 43.4% urea, 77.2% creatinine, and 100% uric acid, with partial mineralization of 31% and a lower energy consumption of 6.21 kWh (g TOC)-1 compared with the process that did not involve the in situ generation of H2O2. The study highlights a promising strategy for sustainable electro-sanitation practices, offering valuable contributions toward advancing the achievement of the United Nations' Sustainable Development Goals (SDGs), particularly in regions with limited access to basic sanitation. By utilizing the urine matrix for in situ hydrogen peroxide generation, this approach fosters decentralized solutions for wastewater treatment. (AU)

• Processo FAPESP: 20/02743-4 - Filmes de Fe/RuO2-TiO2 suportados em feltro de carbono para degradação do norfloxacino por processo eletro-fenton heterogêneo
• Beneficiário: Géssica de Oliveira Santiago Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 18/22210-0 - EMU concedido no processo 2017/10118-0: cromatógrafo líquido (HPLC)
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 23/06558-5 - Eletrodos de difusão gasosa modificados com NPs de Co e/ou Fe e biochar para eletrogeração de H2O2 in situ e degradação de drogas antidepressivas: aspectos mecanísticos e tecnológicos
• Beneficiário: Carlos Henrique Magalhães Fernandes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/06650-3 - EMU concedido no processo 2017/10118-0: sistema potenciostato com módulo de impedância eletroquímica
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 18/22022-0 - EMU concedido no processo 2017/10118-0: sistema de espectroeletroquímica
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 22/12895-1 - Processos avançados para a degradação de poluentes emergentes: materiais catalíticos, sensores eletroanalíticos e divulgação científica
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 23/13260-2 - Síntese e otimização de eletrodos de difusão gasosa utilizando grafeno dopado com nitrogênio para a geração in situ de H2O2 destinada à estabilização de urina em sistemas descentralizados
• Beneficiário: Raul José Alves Felisardo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 18/22211-7 - EMU concedido no processo 2017/10118-0: analisador de carbono orgânico total (TOC)
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários