Oxidação eletroquímica avançada empregando eletrodo de diamante dopado com boro para a degradação de multicontaminantes de preocupação emergente

Abstract

Os contaminantes de preocupação emergente (CPE) representam muitos nichos químicos, dentre esses destacam-se os produtos farmacêuticos. Fármacos como atenolol (ATN), prednisona (PRED) e sulfametoxazol (SMX) já foram detectados em diversos ecossistemas. Os métodos convencionais de tratamentos de água e efluentes não são eficazes na degradação completa desses compostos. Nesse contexto, tratamentos promissores como a oxidação eletroquímica avançada (OEA) surge como opção viável para tratar CPE. O presente trabalho teve como objetivo investigar o processo de OEA aplicado na oxidação de multicontaminantes (ATN, PRED e SMX) presentes em uma única solução. Neste estudo, foi empregado o processo de OEA com ânodo de diamante dopado com boro (DDB), cátodo de óxido de titânio/rutênio (Ti/ Ti70%Ru30%O2) e como eletrólito suporte o sulfato de sódio (Na2SO4) 3 g L-1. Inicialmente, a solução multicontaminantes teve o pH ajustado e, posteriormente, as amostras foram coletadas antes, durante e após o processo (0, 5,15, 30, 60, 120 e 150 min), caracterizadas por HPLC e carbono orgânico total (COT). Foram avaliadas variavéis operacionais como: a densidade de corrente aplicada (𝑗) (5, 15 e 30 mA cm - 2), vazão (25, 50 e 100 L h-1), eficiência de corrente para mineralização (ECM) e consumo específico energético (ES). Os melhores resultados para degradação de ATN (61% de degradação) foram obtidos na condição de 50 L h-1 e 15 mA cm-2, já para SMX foi alcançada uma degradação de 100%, em 100 L h-1 e 15 mA cm-2. Nesta mesma vazão de 100 L h-1 e 𝑗 30 mA cm-2 a PRED atingiu 100% de degradação. Os resultados de remoção da concentração e referentes à mineralização da solução multicontaminantes indicam que o SMX sofreu degradação preferencial. Os resultados de remoção da concentração dos multicontaminantes e todos os parâmetros referentes à mineralização da solução multicontaminantes indicam que a melhor condição experimental encontrada é obtida aplicando uma vazão de 100 L h-1 e 30 mA cm-2. Portanto, a escolha dos parâmetros corretos no processo de OEA pode aprimorar a mineralização dos multicontaminantes, minimizando a formação de produtos intermediários de reação indesejados.

Emerging contaminants (ECs) represent a wide range of chemical niches, among which pharmaceuticals stand out. Drugs such as atenolol (ATN), prednisone (PRED), and sulfamethoxazole (SMX) have already been detected in various ecosystems. Conventional water and wastewater treatment methods are not effective in fully degrading these compounds. In this context, promising treatments like advanced electrochemical oxidation (AEO) emerge as a viable option to treat ECs. The present study aimed to investigate the AEO process applied to the oxidation of multicontaminants (ATN, PRED, and SMX) present in a single solution. In this study, the AEO process was employed with a boron-doped diamond (BDD) anode, a titanium/ruthenium oxide (Ti/Ti70%Ru30%O2) cathode, and sodium sulfate (Na2SO4) at 3 g L⁻¹ as the supporting electrolyte. Initially, the pH of the multi-contaminant solution was adjusted, and samples were collected before, during, and after the process (0, 5, 15, 30, 60, 120, and 150 minutes), characterized by HPLC and total organic carbon (TOC). Operational variables such as applied current density (j) (5, 15, and 30 mA cm⁻²), flow rate (25, 50, and 100 L h⁻¹), current efficiency for mineralization, and specific energy consumption were evaluated. The best results for ATN degradation (61% degradation) were obtained under the condition of 50 L h⁻¹ and 15 mA cm⁻², while for SMX, 100% degradation was achieved at 100 L h⁻¹ and 15 mA cm⁻². Under the same flow rate of 100 L h⁻¹ and 𝑗 30 mA cm⁻², PRED reached 100% degradation. The results of concentration removal and mineralization of the multi-contaminant solution indicate that SMX underwent preferential degradation. The concentration removal results for the multi-contaminants and all parameters related to the mineralization of the multi-contaminant solution indicate that the best experimental condition was obtained by applying a flow rate of 100 L h⁻¹ and 30 mA cm⁻². Therefore, choosing the correct parameters in the AEO process can enhance the mineralization of multi-contaminants, minimizing the formation of unwanted reaction intermediates.