Sustainable cellulose/kraft lignin carbon xerogel applied to H2O2 electrogeneration using gas diffusion electrodes: Exploring the degradation of sulfamerazine in H2O2-based processes

Autor(es)

de Moraes, Nicolas Perciani ; Lourenco, Julio Cesar ; Rocha, Robson da Silva ; Rodrigues, Liana Alvares ; Lanza, Marcos Roberto de Vasconcelos

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: BIOMASS & BIOENERGY; v. 194, p. 11-pg., 2025-03-01.

Resumo

This study investigated the application of cellulose/kraft lignin-derived carbon xerogels for hydrogen peroxide (H2O2) electrogeneration using gas diffusion electrodes, intending to develop cost-effective and environmentally sustainable H2O2-based processes for antibiotic degradation. Electrochemical characterization revealed that increasing the proportion of kraft lignin in the xerogels enhanced selectivity towards H2O2 electrogeneration, whereas calcination at elevated temperatures caused a positive shift in the onset potential of the oxygen reduction reactions (ORR), indicating a reduction in the energy requirements for H2O2 production. These enhancements are likely related to morphological and structural modifications induced by kraft lignin incorporation into the carbon xerogel, including changes in particle morphology, an increase in specific surface area, and the development of a microporous structure. Additionally, the synthesis process introduced oxygen and nitrogencontaining functional groups into the carbon xerogel, which are likely linked to the high selectivity obtained for H2O2 electrogeneration. When implemented in the fabrication of gas diffusion electrodes, the optimized carbon xerogel achieved a maximum H2O2 concentration of 700 mg L- 1 within 1 h of electrolysis at a current density of 100 mA cm- 2. Among the techniques evaluated, the photoelectro-Fenton process demonstrated the highest efficiency for sulfamerazine removal, achieving complete degradation within 15 min and 75 % mineralization after 90 min. (AU)

• 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: 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: 22/04058-2 - Degradação fotoeletrocatalítica de poluentes (bisfenol-A, sulfamerazina e 2,4-D) utilizando H2O2 eletrogerado em matrizes carbonosas obtidas de fontes sustentáveis
• Beneficiário: Nicolas Perciani de Moraes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• 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: 21/12053-8 - Uso de lodo de tratamento de esgoto na síntese de carbono ativo modificado com óxidos nano estruturados (Ce, Nb, Ta, e Pd ) e sua aplicação na geração eletroquímica de peróxido de hidrogênio
• Beneficiário: Julio César Lourenço
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado