Study on the performance of lead dioxide electrodes deposited on different substrates for electrochemical treatment of solutions containing textile dyes

Filmes de PbO2 foram crescidos, galvanostaticamente, sobre diferentes substratos (titânio Ti, titânio platinizado Ti-Pt e fibra de carbono FC) e caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), difratometria de raios X (DRX) e varredura linear de potencial em H2SO4. As micrografias de MEV revelaram o crescimento de filmes de PbO2 bem distribuídos, uniformes e compactos. Os difratogramas apresentaram a formação de filmes de PbO2 de uma única fase (&#946;-PbO2). A partir das varreduras de potencial (30 mV s-1) foram obtidos os valores de sobrepotencial para a RDO dos eletrodos de Ti/&#946;-PbO2, Ti-Pt/&#946;-PbO2 e FC/&#946;-PbO2: 2,15 V; 2,20 V e 2,33 V vs. ECS, respectivamente. O desempenho eletroquímico desses eletrodos foi investigado em eletro-oxidações de soluções contendo os corantes verde ácido 28 (VA 28) e amarelo direto 12 (AD 12), empregando-se um reator do tipo filtro prensa e a metodologia de planejamento experimental variando-se os seguintes parâmetros experimentais: pH, densidade de corrente (j), temperatura (&#920;) e concentração de NaCl ([NaCl]). Para o corante VA 28, os eletrodos de Ti-Pt/&#946;-PbO2 e Ti/&#946;-PbO2 apresentaram os menores valores de carga para a remoção da cor (Q90 ~0,5 A h L1) e os maiores valores de % de remoção da DQO (87 99 %) nas seguintes condições experimentais: pH = 5, j = 50 mA cm2, &#920;&#61472;= 25 C e [NaCl] = 1,5 g L1, enquanto o eletrodo de FC/&#946;-PbO2 apresentou o menor valor de Q90 (0,20 A h L1) e o maior valor de % DQO (86 %) nas seguintes condições experimentais: pH = 9, j = 30 mA cm2, &#920;&#61472;= 45 C e [NaCl] = 1,5 g L1. Os filmes de &#946;-PbO2 crescidos sobre Ti e Ti-Pt apresentaram estabilidade química ([Pb2+] < 0,5 mg L-1) em soluções de pH > 3, enquanto aqueles crescidos sobre FC mostraram estabilidade química apenas em solução de pH 9. Para o corante AD 12, os eletrodos de Ti-Pt/&#946;-PbO2 e Ti/&#946;-PbO2 apresentaram os menores valores de Q90 (0,57 0,68 A h L1) e os maiores valores de % DQO (96 100 %) nas seguintes condições experimentais: pH = 5, j = 30 mA cm2, &#920;= 45 C e [NaCl] = 1,5 g L1. Comparando-se o desempenho dos eletrodos de Ti-Pt/&#946;-PbO2 e Ti/&#946;-PbO2 com aquele dos eletrodos comerciais de Nb/DDB e ADE, os primeiros apresentaram, para o corante VA 28, desempenho melhor que o de ADE e comparável ao de Nb/DDB. No caso do corante AD 12, os eletrodos de Ti-Pt/&#946;-PbO2 e Ti/&#946;-PbO2 apresentaram desempenho comparável ao de ADE e inferior ao de Nb/DDB.PbO2 films were grown galvanostatically on different substrates (titanium Ti, platinized titanium Ti- Pt and carbon fiber CF) and characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and linear potential sweep in H2SO4. SEM micrographs revealed the growth of PbO2 films well distributed, uniform and compact. The diffractograms presented the formation of PbO2 films of a single phase (&#946; -PbO2). From the potential sweep (30 mV s1), the overpotential values for the OER of Ti/&#946;- PbO2, Ti-Pt/&#946; -PbO2 and CF/&#946;-PbO2 electrodes were obtained, respectively: 2.15 V; 2.20 V and 2.33 V vs. SCE. The electrochemical performance of these electrodes was investigated in electrooxidations of solutions containing the dyes acid green 28 (AG 28) and yellow direct 12 (YD 12), employing a reactor filter-press type and the experimental design methodology by varying the following experimental parameters: pH, current density (j), temperature (&#920;) and NaCl concentration ([NaCl]). For AG 28 dye, the Ti-Pt/&#946;-PbO2 and Ti/&#946;-PbO2 electrodes presented the lowest values of charge for color removal (Q90 ~0.5 A h L1) and the highest values of % COD removal (87 99 %) in the following experimental conditions: pH = 5, j = 50 mA cm-2, &#920;&#61472;= 25 C and [NaCl] = 1.5 g L1, while the CF/&#946;-PbO2 electrode presented the lowest Q90 value (0.20 A h L1) and the highest % COD value (86%) in the following experimental conditions: pH = 9, j = 30 mA cm-2, &#920;&#61472;= 45 C and [NaCl] = 1.5 g L1. The &#946;-PbO2 films grown on Ti and Ti-Pt exhibited chemical stability ([Pb2+] < 0.5 mg L1) in solutions of pH > 3, while those grown on FC showed chemical stability only at pH 9. For the YD 12, the Ti-Pt/&#946;-PbO2 and Ti/&#946;-PbO2 electrodes presented the lowest Q90 values (0.57 0.68 A h L1) and the highest % COD values (96 100 %) in the following experimental conditions: pH = 5, j = 30 mA cm2, &#920;&#61472;= 45 C and [NaCl] = 1.5 g L1. Comparing the performance of Ti-Pt/&#946;-PbO2 and Ti/&#946;-PbO2 electrodes with that of commercial ones of Nb/BDD and DSA, the first presented, for the AG 28 dye, better performance than the DSA and comparable to the Nb/BDD. In the case of the AD 12 dye, the Ti-Pt/&#946;-PbO2 and Ti/&#946;-PbO2 electrodes showed performance comparable to the DSA and lower than the Nb/BDD