Photocatalytic performance of Ti/MMO/ZnO at degradation of levofloxacin: Effect of pH and chloride anions

This work investigates the applicability of a new Ti/MMO/ZnO electrode composed to metallic mixture oxides of ruthenium and titanium (MMO) and zinc oxide electrodeposited in the photoelectrocatalytic treatment of synthetic wastes polluted with the antibiotic levofloxacin (LFX) and chlorine anions. This work try to shed light, at a low Technology Readiness Level (TRL), of the mechanisms which may be involved in the degradation of antibiotics in real wastes containing high concentrations of chlorides, such as urine, in the absence of other disturbing inputs. Results show that the degradation efficiency depended on the pH of the waste and a more pronounced synergistic effect between Ti/MMO/ZnO and UVC light was obtained at acidic and neutral pH, leading to higher rates of antibiotic removal with the subsequent formation of inorganic ions NH4+ and NO3−. The large formation of hydroxyl radicals from the photo-generated charges in Ti/MMO/ZnO, and the reactive chlorine species produced from the homolysis of hypochlorous acid/hypochlorite, are used to explain the oxidation mechanism. In addition, results indicate that Ti/MMO/ZnO is an excellent photocatalyst for the degradation under acidic conditions in wastes containing chloride anions of persistent pollutants at relatively low concentrations

Photoelectrocatalytic treatment of levofloxacin using Ti/MMO/ZnO electrode

Here, the antibiotic levofloxacin (LFX) widely used and detected in the environment was degraded by photoelectrolysis using a new electrode based on zinc oxide (ZnO) and a mixture of mixed oxides of ruthenium and titanium (MMO). The influence of the potential and irradiation of UV light was investigated in the photostability of the Ti/MMO/ZnO electrode and in the degradation of the antibiotic. The experiments were conducted at different pH values (5.0, 7.0 and 9.0) in sodium sulfate solution in a glass reactor with central lighting. It was observed that the new Ti/MMO/ZnO electrode has good stability under light irradiation and potential, presenting excellent photocurrent and high photoactivity in LFX photoelectrolysis. The removal efficiency of the compound was directly related to the formation of oxidizing species in solution, the photo-generated charges on the electrode and the electrostatic characteristics of the molecule. The mineralization rate, the formation of reaction intermediates and short chain carboxylic acids (acetic, maleic, oxalic and oxamic acid), in addition to the formation of N-mineral species (NO3− and NH4+) was dependent on the pH of the solution and the investigated processes: photoelectrolysis was more efficient than photolysis, which, in turn, was more efficient than electrolysis. The synergistic effect and the high rate of degradation of LFX after 4.0 h of treatment (100%) observed in photoelectrolysis at alkaline pH, was associated with the high stability of the Ti/MMO/ZnO electrode at this pH, the photoactivation of sulfate ions and the ease generation of oxidizing radicals, such as radical dotOH.Aquí, el antibiótico levofloxacino (LFX), ampliamente utilizado y detectado en el medio ambiente, fue degradado por fotoelectrólisis utilizando un nuevo electrodo a base de óxido de zinc (ZnO) y una mezcla de óxidos mixtos de rutenio y titanio (MMO). Se investigó la influencia del potencial y la irradiación de la luz UV en la fotoestabilidad del electrodo Ti/MMO/ZnO y en la degradación del antibiótico. Los experimentos se realizaron a diferentes valores de pH (5,0, 7,0 y 9,0) en solución de sulfato de sodio en un reactor de vidrio con iluminación central. Se observó que el nuevo electrodo de Ti/MMO/ZnO tiene buena estabilidad bajo irradiación de luz y potencial, presentando excelente fotocorrientey alta fotoactividad en fotoelectrólisis LFX. La eficiencia de remoción del compuesto estuvo directamente relacionada con la formación de especies oxidantes en solución, las cargas fotogeneradas en el electrodo y las características electrostáticas de la molécula. La tasa de mineralización , la formación de intermedios de reacción y ácidos carboxílicos(ácido acético, maleico, oxálico y oxámico), además de la formación de especies N-minerales (NO3−y NH4+) fue dependiente del pH de la solución y los procesos investigados: la fotoelectrólisis fue más eficiente que la fotólisis, la cual, a su vez, fue más eficiente quela electrólisis. El efecto sinérgico y la alta tasa de degradación de LFX después de 4.0 h de tratamiento (100%) observado en fotoelectrólisis a pH alcalino, se asoció con la alta estabilidad del electrodo Ti/MMO/ZnO a este pH, la fotoactivación de iones sulfato y la facilidad de generación de radicales oxidantes, como elpunto radical OH

Performance of wind-powered soil electroremediation process for the removal of 2,4-D from soil

In this work, it is studied a wind-powered electrokinetic soil flushing process for the removal of pesticides from soil. This approach aims to develop an eco-friendly electrochemical soil treatment technique and to face the in-situ treatment of polluted soils at remote locations. Herbicide 2,4 dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) is selected as a model pollutant for the soil treatment tests. The performance of the wind-powered process throughout a 15 days experiment is compared to the same remediation process powered by a conventional DC power supply. The wind-powered test covered many different wind conditions (from calm to near gale), being performed 20.7% under calm conditions and 17% under moderate or gentle breeze. According to the results obtained, the wind-powered soil treatment is feasible, obtaining a 53.9% removal of 2,4-D after 15 days treatment. Nevertheless, the remediation is more efficient if it is fed by a constant electric input (conventional DC power supply), reaching a 90.2% removal of 2,4-D with a much lower amount of charge supplied (49.2 A h kg−1 and 4.33 A h kg−1 for wind-powered and conventional) within the same operation time.In this work, it is studied a wind-powered electrokinetic soil flushing process for the removal of pesticides from soil. This approach aims to develop an eco-friendly electrochemical soil treatment technique and to face the in-situ treatment of polluted soils at remote locations. Herbicide 2,4 dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) is selected as a model pollutant for the soil treatment tests. The performance of the wind-powered process throughout a 15 days experiment is compared to the same remediation process powered by a conventional DC power supply. The wind-powered test covered many different wind conditions (from calm to near gale), being performed 20.7% under calm conditions and 17% under moderate or gentle breeze. According to the results obtained, the wind-powered soil treatment is feasible, obtaining a 53.9% removal of 2,4-D after 15 days treatment. Nevertheless, the remediation is more efficient if it is fed by a constant electric input (conventional DC power supply), reaching a 90.2% removal of 2,4-D with a much lower amount of charge supplied (49.2 A h kg−1 and 4.33 A h kg−1 for wind-powered and conventional) within the same operation time.En este trabajo se estudia un proceso electrocinético de lavado de suelo impulsado por viento para la eliminación de pesticidas del suelo. Este enfoque tiene como objetivo desarrollar una técnica de tratamiento electroquímico de suelos respetuosa con el medio ambiente y hacer frente al tratamiento in situ de suelos contaminados en lugares remotos. HerbicidaEl ácido 2,4 diclorofenoxiacético (2,4-D) se selecciona como contaminante modelo para las pruebas de tratamiento del suelo. El rendimiento del proceso impulsado por energía eólica a lo largo de un experimento de 15 días se compara con el mismo proceso de remediación alimentado por una fuente de alimentación de CC convencional. La prueba con energía eólica abarcó muchas condiciones de viento diferentes (desde calma hasta casi vendaval), realizándose un 20,7 % en condiciones de calma y un 17 % con brisa moderada o suave. De acuerdo con los resultados obtenidos, el tratamiento del suelo con energía eólica es factible, obteniendo una remoción de 2,4-D del 53,9% después de 15 días de tratamiento. Sin embargo, la remediación es más eficiente si es alimentada por una entrada eléctrica constante (fuente de alimentación DC convencional), alcanzando un 90,2% de remoción de 2,4-D con una cantidad de carga mucho menor (49,2 A h kg −1 y 4,33 Ah kg−1 para eólica y convencional) dentro del mismo tiempo de funcionamiento.En este trabajo se estudia un proceso electrocinético de lavado de suelo impulsado por viento para la eliminación de pesticidas del suelo. Este enfoque tiene como objetivo desarrollar una técnica de tratamiento electroquímico de suelos respetuosa con el medio ambiente y hacer frente al tratamiento in situ de suelos contaminados en lugares remotos. HerbicidaEl ácido 2,4 diclorofenoxiacético (2,4-D) se selecciona como contaminante modelo para las pruebas de tratamiento del suelo. El rendimiento del proceso impulsado por energía eólica a lo largo de un experimento de 15 días se compara con el mismo proceso de remediación alimentado por una fuente de alimentación de CC convencional. La prueba con energía eólica abarcó muchas condiciones de viento diferentes (desde calma hasta casi vendaval), realizándose un 20,7 % en condiciones de calma y un 17 % con brisa moderada o suave. De acuerdo con los resultados obtenidos, el tratamiento del suelo con energía eólica es factible, obteniendo una remoción de 2,4-D del 53,9% después de 15 días de tratamiento. Sin embargo, la remediación es más eficiente si es alimentada por una entrada eléctrica constante (fuente de alimentación DC convencional), alcanzando un 90,2% de remoción de 2,4-D con una cantidad de carga mucho menor (49,2 A h kg −1 y 4,33 Ah kg−1 para eólica y convencional) dentro del mismo tiempo de funcionamiento

Removal of algae from biological cultures: a challenge for electrocoagulation?

BACKGROUND In the search for novel technologies for the treatment of urban wastewater, combined anaerobic–algae membrane bioreactors have become a very interesting choice. Recovery of algae produced in these reactors has become the key point to obtain a good economic efficiency with this technology. In this work, electrocoagulation is studied as an alternative for the coarse removal of algae from a biological culture. RESULTS Results demonstrate that the electrochemical technology is a suitable technology for this purpose allowing the removal of more than 90% of the algae without modifying significantly the pH and with an operating cost below 0.04 € m−3. The same general trends are observed for applied current charge and current density supplied when aluminum or iron are used as electrodes although aluminum was much more efficient. CONCLUSIONS The dose of coagulant reagents required is very low, indicating that coagulant generated in the process is very efficiently used. The best results in terms of algae and turbidity removals are obtained operating at low current densities with aluminum electrodes. According to pH and z-potential values, insoluble metal hydroxide and anion M(OH)4− seems to be the primary coagulation species involved in the electrocoagulation process.ANTECEDENTES En la búsqueda de nuevas tecnologías para el tratamiento de aguas residuales urbanas, los biorreactores combinados anaerobios-membrana de algas se han convertido en una opción muy interesante. La recuperación de las algas producidas en estos reactores se ha convertido en el punto clave para obtener una buena eficiencia económica con esta tecnología. En este trabajo se estudia la electrocoagulación como alternativa para la remoción gruesa de algas de un cultivo biológico. RESULTADOS Los resultados demuestran que la tecnología electroquímica es una tecnología adecuada para este fin permitiendo eliminar más del 90% de las algas sin modificar significativamente el pH y con un coste operativo inferior a 0,04 € m −3 . Se observan las mismas tendencias generales para la carga de corriente aplicada y la densidad de corriente suministrada cuando se usan aluminio o hierro como electrodos, aunque el aluminio fue mucho más eficiente. CONCLUSIONES La dosis de reactivos coagulantes requerida es muy baja, lo que indica que el coagulante generado en el proceso se utiliza de manera muy eficiente. Los mejores resultados en términos de remoción de algas y turbidez se obtienen operando a bajas densidades de corriente con electrodos de aluminio. De acuerdo con los valores de pH y potencial z, el hidróxido de metal insoluble y el anión M(OH) 4− parecen ser las principales especies de coagulación involucradas en el proceso de electrocoagulación

Bisphenol-S removal via photoelectro-fenton/H2O2 process using Co-porphyrin/Printex L6 gas diffusion electrode

The present work reports the development and application of gas diffusion electrode (GDE) based on carbon Printex L6 modified with 5% Co-Porphyrin/CPL6 for the removal of Bisphenol S (BPS) in wastewater using different electrochemical advanced oxidation processes (EAOPs). The application of the modified GDE led to the in-situ generation of 333 mg L−1 of H2O2 in only 90 min; this represents an increase of 88% in H2O2 generation in relation to the unmodified GDE. The process involving bisphenol S degradation fitted well into a pseudo-first order kinetic reaction for all the treatment techniques evaluated; the treatment techniques investigated recorded an increase in kinetic rate constant in the following order: anodic oxidation (0.004 min−1) < UV-C (0.006 min−1) < H2O2 (0.008 min−1) < H2O2/UV-C (0.016 min−1) < electro-Fenton (0.063 min−1) < photo electro-Fenton (0.154 min−1). The photo electro-Fenton (PEF) process exhibited the best degradation efficiency; BPS was completely removed after only 30 min of treatment and 78% mineralization was recorded after 360 min of treatment. The remaining organic matter under the PEF treatment process corresponded to short-chain carboxylic acids; this confirms the efficiency of the process applied for BPS decontamination. The results obtained show that the proposed treatment mechanism can be successfully combined with cheaper biological treatments for a total remediation of wastes.El presente trabajo reporta el desarrollo y aplicación de un electrodo de difusión de gas (GDE) a base de carbón Printex L6 modificado con 5% de Co-Porfirina/CPL6 para la remoción de Bisfenol S (BPS) en aguas residuales utilizando diferentes procesos electroquímicos de oxidación avanzada (EAOPs). La aplicación del GDE modificado condujo a la generación in situ de 333 mg L −1 de H 2 O 2 en sólo 90 min; esto representa un aumento del 88% en H 2 O 2generación en relación con el GDE no modificado. El proceso de degradación del bisfenol S encajaba bien en una reacción cinética de pseudo primer orden para todas las técnicas de tratamiento evaluadas; las técnicas de tratamiento investigadas registraron un aumento en la constante de velocidad cinética en el siguiente orden: oxidación anódica (0,004 min - 1 ) < UV-C (0,006 min- 1 ) < H 2 O 2 (0,008 min- 1 ) < H 2 O 2 /UV-C (0,016 min −1 ) < electro-Fenton (0,063 min −1 ) < fotoelectro-Fenton (0,154 min −1). El proceso fotoelectro-Fenton (PEF) exhibió la mejor eficiencia de degradación; El BPS se eliminó por completo después de solo 30 minutos de tratamiento y se registró un 78% de mineralización después de 360 ​​minutos de tratamiento. La materia orgánica remanente bajo el proceso de tratamiento con PEF correspondió a ácidos carboxílicos de cadena corta; esto confirma la eficiencia del proceso aplicado para la descontaminación de BPS. Los resultados obtenidos muestran que el mecanismo de tratamiento propuesto puede combinarse con éxito con tratamientos biológicos más económicos para una remediación total de los residuos

Towards a higher photostability of ZnO photo-electrocatalysts in the degradation of organics by using MMO substrates

In this work, it is proposed a novel strategy to increase the photostability of the ZnO photoelectrocatalyst under prolonged light irradiation, without the addition or deposition of metals and/or semiconductor oxides during their synthesis. This strategy is based on the use of a mixed metal oxide (MMO-Ru0.3Ti0.7O2) coating as the substrate for the electrodeposition of ZnO. To assess it, the electrodeposition of ZnO films on Ti and Ti/MMO substrates and the photoelectrocatalytic activity of these materials for the degradation of the herbicide clopyralid were studied. The results showed that the substrate directly influenced the photo-stability of the ZnO film. Under the incidence of UV light and polarization, the novel Ti/MMO/ZnO electrode showed greater photocurrent stability as compared to Ti/ZnO, which is a very important outcome because the behavior of these electrodes was similar when compared in terms of the degradation of clopyralid. Single electrolysis was not able to degrade efficiently clopyralid at the different potentials studied. However, the irradiation of UV light on the polarized surface of the Ti/ZnO and Ti/MMO/ZnO electrodes increased markedly the degradation rate of clopyralid. A synergistic effect was observed between light and electrode polarization, since the rate of degradation of clopyralid was twice as high in photoelectrocatalysis (PhEC) than in photocatalysis (PhC) and different intermediates were formed. From these results, mechanisms of degradation of clopyralid for the PhC and PhEC systems with the Ti/ZnO and Ti/MMO/ZnO electrodes were presented. Therefore, the Ti/MMO/ZnO electrode could be a cheap and simple alternative to be applied in the efficient photodegradation of organic pollutants, presenting the great advantage of having a facile synthesis and high capacity to work at relatively low potentials.En este trabajo se propone una estrategia novedosa para incrementar la fotoestabilidad del fotoelectrocatalizador de ZnO bajo irradiación de luz prolongada, sin la adición o deposición de metales y / o óxidos semiconductores durante su síntesis. Esta estrategia se basa en el uso de un óxido de metal mixto (MMO-Ru 0.3 Ti 0.7 O 2) revestimiento como sustrato para la electrodeposición de ZnO. Para evaluarlo se estudió la electrodeposición de películas de ZnO sobre sustratos de Ti y Ti / MMO y la actividad fotoelectrocatalítica de estos materiales para la degradación del herbicida clopyralid. Los resultados mostraron que el sustrato influyó directamente en la fotoestabilidad de la película de ZnO. Bajo la incidencia de la luz ultravioleta y la polarización, el nuevo electrodo de Ti / MMO / ZnO mostró una mayor estabilidad de fotocorriente en comparación con Ti / ZnO, lo cual es un resultado muy importante porque el comportamiento de estos electrodos fue similar en términos de degradación de clopyralid. La electrólisis simple no fue capaz de degradar eficazmente la clopiralida a los diferentes potenciales estudiados. Sin embargo, la irradiación de luz ultravioleta sobre la superficie polarizada de los electrodos de Ti / ZnO y Ti / MMO / ZnO aumentó notablemente la tasa de degradación del clopiralida. Se observó un efecto sinérgico entre la luz y la polarización del electrodo, ya que la tasa de degradación de clopiralida fue dos veces mayor en fotoelectrocatálisis (PhEC) que en fotocatálisis (PhC) y se formaron diferentes intermedios. A partir de estos resultados, se presentaron los mecanismos de degradación de clopiralida para los sistemas PhC y PhEC con los electrodos Ti / ZnO y Ti / MMO / ZnO. Por tanto, el electrodo Ti / MMO / ZnO podría ser una alternativa barata y sencilla para ser aplicada en la fotodegradación eficiente de contaminantes orgánicos, presentando la gran ventaja de tener una síntesis fácil y alta capacidad para trabajar a potenciales relativamente bajos. Se observó un efecto sinérgico entre la luz y la polarización del electrodo, ya que la tasa de degradación de clopiralida fue dos veces mayor en fotoelectrocatálisis (PhEC) que en fotocatálisis (PhC) y se formaron diferentes intermedios. A partir de estos resultados, se presentaron los mecanismos de degradación de clopiralida para los sistemas PhC y PhEC con los electrodos Ti / ZnO y Ti / MMO / ZnO. Por tanto, el electrodo Ti / MMO / ZnO podría ser una alternativa barata y sencilla para ser aplicada en la fotodegradación eficiente de contaminantes orgánicos, presentando la gran ventaja de tener una síntesis fácil y alta capacidad para trabajar a potenciales relativamente bajos. Se observó un efecto sinérgico entre la luz y la polarización del electrodo, ya que la tasa de degradación de clopiralida fue dos veces mayor en fotoelectrocatálisis (PhEC) que en fotocatálisis (PhC) y se formaron diferentes intermedios. A partir de estos resultados, se presentaron los mecanismos de degradación de clopiralida para los sistemas PhC y PhEC con los electrodos Ti / ZnO y Ti / MMO / ZnO. Por tanto, el electrodo Ti / MMO / ZnO podría ser una alternativa barata y sencilla para ser aplicada en la fotodegradación eficiente de contaminantes orgánicos, presentando la gran ventaja de tener una síntesis fácil y alta capacidad para trabajar a potenciales relativamente bajos. dado que la tasa de degradación de clopiralida fue dos veces más alta en fotoelectrocatálisis (PhEC) que en fotocatálisis (PhC) y se formaron diferentes intermedios. A partir de estos resultados, se presentaron los mecanismos de degradación de clopiralida para los sistemas PhC y PhEC con los electrodos Ti / ZnO y Ti / MMO / ZnO. Por tanto, el electrodo Ti / MMO / ZnO podría ser una alternativa barata y sencilla para ser aplicada en la fotodegradación eficiente de contaminantes orgánicos, presentando la gran ventaja de tener una síntesis fácil y alta capacidad para trabajar a potenciales relativamente bajos. dado que la tasa de degradación de clopiralida fue dos veces más alta en fotoelectrocatálisis (PhEC) que en fotocatálisis (PhC) y se formaron diferentes intermedios. A partir de estos resultados, se presentaron los mecanismos de degradación de clopiralida para los sistemas PhC y PhEC con los electrodos Ti / ZnO y Ti / MMO / ZnO. Por tanto, el electrodo Ti / MMO / ZnO podría ser una alternativa barata y sencilla para ser aplicada en la fotodegradación eficiente de contaminantes orgánicos, presentando la gran ventaja de tener una síntesis fácil y alta capacidad para trabajar a potenciales relativamente bajos

Removal of chlorsulfuron and 2,4-D from spiked soil using Reversible Electrokinetic Adsorption Barriers

This work focuses on the application of REKAB (Reversible Electrokinetic Adsorption Barriers) technology to remediate two soil matrixes spiked with 2,4 dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) and chlorsulfuron (CLSF), two herbicides that exhibit a high water-solubility and very different volatility and adsorption properties (2,4-D is more volatile). Results obtained after 15-day treatment tests are compared with those obtained using single electrokinetic soil flushing technology (EKSF) and very important differences were pointed out. Both technologies are efficient in the removal of herbicides from soils. However, while in the EKSF, transport of pesticides to electrode wells is very important and evaporation is favored, in particular for the removal of 2,4-D, in the case of REKAB, retention by the carbon bed is the primary mechanisms (40% and 60% of 2,4-D and CLSF respectively) and both, evaporation and transport to electrode wells, although significant, are less important than in the EKSF. After the 15 day-treatment only 28% of 2,4-D and 12% of CLSF remained in the soil as pollutants and evaporation loses are less than half than those obtained in the EKSF technology