Ultra-fast synthesis of Ti/Ru0.3Ti0.7O2 anodes with superior electrochemical properties using an ionic liquid and laser calcination

Here, we combine CO2 laser heating and an ionic liquid solvent (i.e., methylimidazolium hydrogensulfate HMIM+ HSO4–) as an innovative route to produce Ti/Ru0.3Ti0.7O2 anodes. For comparison purposes, the anodes were also prepared using conventional thermal treatment (in a furnace), and by the standard polymeric precursor method (also known as the Pechini method). For the laser heating, the anodes were heated at a power density of 0.4 W mm−2 up to 550 °C and kept at this temperature for 40 s, followed by instantaneous cooling. Using these conditions, the total time spent to produce an anode (considering cooling) is just 9.7 min. It represents a remarkable reduction in 446-fold and 359-fold when compared with the conventional heating for Pechini and IL methods, respectively. The laser-prepared anodes presented an increase of 63.4% and 53.8% in the voltammetric charge, while the charge transfer resistance decreases 9.6-fold and 17.3-fold using IL and Pechini methods, respectively, when compared with their correspondent furnace-made ones. Finally, superior electrocatalytic activity toward the removal of the model pollutant atrazine is observed for the laser-prepared anodes. The anode produced using laser and the IL method is the most efficient, removing 81% of atrazine in 60 min, and presents the highest kinetic rate (0.062 min−1) at the lowest energy consumption (0.179 kWh L–1). The excellent electrocatalytic response of the anodes innovatively synthesized in this study characterizes them as an encouraging advance in the search for efficient materials to be applied in the electrochemical oxidation of organic compoundsAquí, combinamos el calentamiento por láser de CO 2 y un disolvente líquido iónico (es decir, hidrogenosulfato de metilimidazolio HMIM + HSO 4 - ) como una ruta innovadora para producir ánodos de Ti / Ru 0,3 Ti 0,7 O 2 . Para fines de comparación, los ánodos también se prepararon utilizando un tratamiento térmico convencional (en un horno) y por el método estándar de precursor polimérico (también conocido como método Pechini). Para el calentamiento por láser, los ánodos se calentaron a una densidad de potencia de 0,4 W mm -2hasta 550 ° C y se mantiene a esta temperatura durante 40 s, seguido de enfriamiento instantáneo. Usando estas condiciones, el tiempo total empleado para producir un ánodo (considerando el enfriamiento) es de solo 9,7 min. Representa una reducción notable de 446 veces y 359 veces en comparación con el calentamiento convencional para los métodos Pechini e IL, respectivamente. Los ánodos preparados con láser presentaron un aumento de 63,4% y 53,8% en la carga voltamétrica, mientras que la resistencia de transferencia de carga disminuye 9,6 veces y 17,3 veces usando los métodos IL y Pechini, respectivamente, en comparación con sus correspondientes fabricados en horno. Finalmente, se observa una actividad electrocatalítica superior hacia la eliminación del contaminante modelo atrazina para los ánodos preparados con láser. El ánodo producido mediante láser y el método IL es el más eficiente, eliminando el 81% de la atrazina en 60 min.−1 ) con el menor consumo de energía (0,179 kWh L –1 ). La excelente respuesta electrocatalítica de los ánodos sintetizados de manera innovadora en este estudio los caracteriza como un avance alentador en la búsqueda de materiales eficientes para ser aplicados en la oxidación electroquímica de compuestos orgánicos

Novel Ti/RuO2IrO2 anode to reduce the dangerousness of antibiotic polluted urines by Fenton-based processes

The treatment of hospital wastewater is very complex, so treating polluted human urine is a significant challenge. Here, we tested a novel MMO-Ti/RuO2IrO2 electrode to reduce the ecotoxicity risk of hospital urines contaminated with antibiotics. This electrode was used as the anode in electro-Fenton (EF) and photoelectro-Fenton (PhEF) processes. The results were compared with those obtained using the boron-doped diamond (BDD) anode, as well as those obtained by a conventional Fenton oxidation. In order to analyze the performance of the processes, the treatments were evaluated on the subject of Penicilin G (PenG) removal, toxicity (using a standardized method with Vibrio Fisheri), and antibiotic activity (Enterococcus faecalis as the target bacterium). The results reveal that PenG degrades in the following order: Fenton < EF < PhEF. The best results are found for the MMO-PhEF, which completely removed PenG, decreased 96% of toxicity, and completely removed antibiotic activity. Besides, for comparison, tests were performed with BDD, and results point out the higher convenience of the new electrode in terms of acceptable use of energy because the effluents generated can be further degraded in an urban wastewater treatment plant. Because of that, MMO-RuO2-IrO2 emerges as a promising cost-effective material for the pre-treatment of hospital urine effluents.El tratamiento de las aguas residuales hospitalarias es muy complejo, por lo que tratar la orina humana contaminada es un desafío importante. Aquí, probamos un nuevo electrodo MMO-Ti / RuO 2 IrO 2 para reducir el riesgo de ecotoxicidad de la orina de hospital contaminada con antibióticos. Este electrodo se utilizó como ánodo en los procesos electro-Fenton (EF) y fotoelectro-Fenton (PhEF). Los resultados se compararon con los obtenidos utilizando el ánodo de diamante dopado con boro (BDD), así como con los obtenidos mediante una oxidación Fenton convencional. Para analizar el desempeño de los procesos, se evaluaron los tratamientos en materia de remoción de Penicilina G (PenG), toxicidad (usando un método estandarizado con Vibrio Fisheri ) y actividad antibiótica ( Enterococcus faecalis).como la bacteria diana). Los resultados revelan que PenG se degrada en el siguiente orden: Fenton <EF <PhEF. Los mejores resultados se encuentran para el MMO-PhEF, que eliminó completamente el PenG, disminuyó el 96% de la toxicidad y eliminó por completo la actividad antibiótica. Además, a modo de comparación, se realizaron pruebas con BDD, y los resultados señalan la mayor conveniencia del nuevo electrodo en términos de uso aceptable de energía debido a que los efluentes generados pueden degradarse aún más en una planta de tratamiento de aguas residuales urbanas. Por eso, MMO-RuO 2 -IrO 2 surge como un material rentable y prometedor para el pretratamiento de efluentes de orina hospitalarios