Carbon cloth gas diffusion electrodes: a comparative study of hydrogen peroxide electrogeneration and electrochemical removal of the herbicide chlorpyrifos

A contaminação dos corpos aquáticos por poluentes persistentes orgânicos é preocupante e reflexo do desenvolvimento industrial. Esses poluentes, mesmo em baixas concentrações, podem acumular-se nas espécies ocasionando danos à saúde, principalmente daquelas espécies no topo na cadeia alimentar. Infelizmente, os métodos clássicos de tratamento de água são ineficazes na destruição desses poluentes, sendo então urgente o desenvolvimento e aprimoramento de tecnologias que consigam remediar este problema. Os processos oxidativos avançados (POA) englobam todas as técnicas que utilizam o radical hidroxila (HO•), forte agente oxidante, para degradação desses poluentes. Uma das maneiras de gerar o radical hidroxila é utilizando o peróxido de hidrogênio (H2O2). Assim, é possível o uso de reatores ou células de bancada equipadas com eletrodos de difusão gasosa (EDG) que gerem o H2O2 in situ via redução do oxigênio (RRO) e os radicais hidroxila. Este trabalho fez um estudo comparativo para avaliar a eletrossíntese do H2O2 em EDG com tecido de carbono (EDG-TC), e aplicá-los na remoção eletroquímica de uma emulsão comercial contendo o inseticida clorpirifós (CP). Foram empregados diferentes processos eletroquímicos: oxidação química (H2O2), eletro-Fenton (H2O2/Fe2+) e fotoeletro-Fenton (H2O2/Fe2+/UV). Constatou-se que os EDG-TC, em comparação com os EDG sem o tecido, tiveram um melhor desempenho nos processos onde foram aplicadas mais corrente (50, 75 e 100 mA cm-2), obtendo uma melhora entre 15 e 40 % na eletrossíntese do H2O2 e também, nas constantes de velocidade, as quais consideraram os primeiros 15 minutos de eletrólise. Com relação a emulsão comercial de clorpirifós, verificou-se uma remoção de mais de 20 % em todos os processos executados utilizando o EDG-TC. Quantos aos melhores resultados obtidos na remoção do CP, obteve-se a remoção de 89,91 % em 90 minutos de experimento aplicando o processo fotoeletro-Fenton e sua remoção completa em 4 horas de experimento usando o mesmo processo. Além dissos, os testes mostraram a mineralização de 60 % da matéria orgânica após 6 horas de experimento, o que significa um custo energético de 0,41 kW h g-1. Por fim, associa-se os resultados do EDG-TC a minimização da queda ôhmica proporcionada pelo tecido de carbono, assim como, a maior disponibilidade de sítios ativos para a RRO.Water pollution by persistent organic pollutants is an issue of concern and is related to industrial growth. These pollutants, even in low concentrations, can build-up in species causing health effects, especially on those at the rank of the food chain. Unfortunately, classical water treatment has already been proven ineffective in destroying these pollutants and so then, there is an urgent demand to development of technologies able to solve this problem. The Advanced Oxidation Process (AOP) embrace those techniques which employ the strong oxidizing agent hydroxyl radical (HO•) to degrade a contaminant. Hydroxyl radical is synthesized by several ways, i.e, by reactions using the hydrogen peroxide (H2O2). This work made a comparative study using a carbon-cloth gas diffusion electrode (CC-GDE) to evaluate the electrosynthesis of H2O2 and to degrade a commercial emulsion of the herbicide chlorpyrifos (CP). These procedures employed different electrochemical process as chemical oxidation by H2O2, electro-Fenton (H2O2/Fe2+) and photoelectron-Fenton (H2O2/Fe2+/UV). Therefore, the CC-GDE compared with usual GDE had a better performance in higher currents process (50, 75 and 100 mA cm-2) meaning an improvement between 15 and 40% of the H2O2 electrosynthesis, as well as in its rate constant in the first 15 minutes of electrolysis. Concerning the chorpyrifos commercial emulsion it was verified a removal of more than 20 % in all process carried out by the CC-GDE. The best results achieved were the 89.91 % CP removal in 90 minutes performing the photoelectron-Fenton process and the whole removal in 4 hours of procedure. Moreover, the tests show that occurred 60 % of organic matter mineralization within 6 hours of experiment, which means energy cost of 0.41 kW h g-1. At last, these results obtained by the CC-GDE is interpreted by an ohmic fall minimization and a large availability of active sites due the carbon cloth