Estudio de electrodos basados en PbO2 y su aplicación para la oxidación de contaminantes orgánicos

Abstract

En el presente trabajo de suficiencia se realizará el estudio de los electrodos de Pb02 dopados y sin dopar para ser usados en la descomposición de compuestos orgánicos y otros usos para la industria química o ambiental. Se desarrolla un estudio bibliográfico de las investigaciones realizadas años atrás a la actualidad y se desarrollan pruebas experimentales de los electrodos de PbO2 dopados con bismuto teniendo como base a una placa de metal de titanio bañado en cobalto y otros bañados en platino estas pruebas son realizadas en el laboratorio de electroquímica de la facultad de ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería La electroquímica y las nuevas tecnologías avanzadas de oxidación estudian los nuevos avances de investigación utilizando la rama electroquímica como frente de obtención de los electrodos de PbO2 puro y PbO2 dopado, las ventajas que presentan en la remoción y degradación de compuestos orgánicos contaminante del medio ambiente siendo actualmente elemento problemático de nuestro país. Se realiza el estudio de caracterización del PbO2 dopado con Bismuto y las características de su comportamiento y estabilidad química. Hay un gran interés en la deposición anódica del PbO2, provenientes de soluciones de Pb(II), así como para ser utilizados como todos en la electro síntesis de químicos o electro destrucción de aguas residuales; la actividad electro catalítica del PbO2 depende principalmente de la fase y de la composición química de la masa activa. Por lo tanto, la elucidación del mecanismo de electro deposición del PbO2 es muy importante. En Enero de 2014 "Yingwu Yao y Manman Zhao [1] realizaron estudios de electrodos nanocompuestos PbO2 - ZrO2 preparados por electrodeposición de nitrato de plomo con nanopartículas de ZrO2 y los efectos de la variación de los parámetros de electrodeposición. Caracterizaron su estructura mediante técnicas de difracción de rayos X y SEM obteniendo buenos resultados. Los electrodos nanocompuestos PbO2 - ZrO2 poseen tamaño de grano más fino que los electrodos Pb02, demostraron que la vida útil de los electrodos de nanocompuestos PbO2 - ZrO2 alcanza 298 horas que es 4 veces más que la de los electrodos PbO2. Las medidas electroquímicas muestran que los electrodos nanocompuestos de Pb02-ZrO2 poseen mayor desprendimiento de oxígeno sobre potencial y mayor área de superficie activa que en electrodos de PbO2. Se aplicaron en la oxidación electroquímica de rodamina B (RhB) encontrado la relación para una reacción de primer orden. La electrólisis en masa demuestra que los electrodos nanocompuestos PbO2 - ZrO2 exhiben mayor eficiencia en la oxidación y remoción de desechos químicos orgánicos respecto a los electrodos PbO2. A.B. Velichenko Et. AL [2] en enero de 2012 también prepararon nanocompuestos a base de PbO2 / TÍO2 y PbO2 / ZrO2 en soluciones de electrolitos que contienen una suspensión de TÍO2 y otra de ZrO2. El contenido de óxidos en el compuesto depende de la composición y de las condiciones de deposición de electrolito. Sostiene que cuando una fase dispersa se incorpora en el revestimiento de material nanocompuestos, las dimensiones de los cristales de dióxido de plomo disminuyen a submicro-y nano- tamaño obteniendo granos más finos. Las propiedades físico-químicas de los nanocompuestos se determinan principalmente por su composición química. Jun Zhao, Chengzhu Zhu, Et. AL [3], en enero de 2014 también estudiaron electrodos compuestos Co30VP-Pb02 con base de TiO obtenidos por electro-deposición y se caracterizaron por microscopía de barrido electrónica (SEM), difracción de rayos X (DRX), voltametría cíclica y la prueba de vida acelerada, que indicaron que el electrodo tiene una alta actividad en la electrólisis, así como una excelente resistencia a la corrosión y excelente comportamiento catalítico. Los resultados mostearon que la eficiencia de eliminación de desechos químicos orgánicos que contienen Cr se pudo llegar hasta 92,2% después de 1,5 h de electrólisis a una concentración de NaCl de 0,020 mol • L'', utilizando Bisfenol a la concentración inicial de 20 mg • L'', con un voltaje de 20 Voltios y el electrodo sumergido a 7 cm con pH de solución igual a 5. El mecanismo de reacción y la cinética de electrodos compuestos Co30VP-Pb02/Ti electro-catalítica de gradan a Bisfenol por medio de los radicales OH' y la degradación siguió una cinética de pseudo-primer orden.

Yuanyuan Dan, Haiyan Lu, Et. AL [4] en 2011, estudiaron materiales compuestos de Ti/PbÜ2 / nanopartículas de C03O4 por electrodeposición módica sobre una base de Ti, bañada con una capa Sn02-Sb20s intermedia para Pb2+ el revestimiento de la solución contiene Nano partículas de C03O4 suspendidas. La composición, la estructura, y la morfología de los materiales compuestos fueron investigadas por XRD, XPS, y análisis de SEM. Los electrodos compuestos fueron estudiados como ánodos para la reacción de evolución de oxígeno (OER) en 1 mol/L de NaOH en solución. Las medidas pm-a el OER de los compuestos fueron explicadas mediante la exploración lineal de voltagramas y argumentos de Tafel. Los resultados indican que el potencial de inicio de evolución de oxígeno en el electrodo nanocompuesto fee más bajo 160 mV aproximadamente comparado al electrodo PbÜ2 sin nanopartículas de C03O4. La actividad catalítica del electrodo compuesto hacia OER fee mejorada considerablemente. A. Fernandes D. Santos, Et. AL [5], realizaron estudios de eliminación de nitrógeno y remoción de carga orgánica de los lixiviados de rellenos sanitarios por oxidación anódica de los electrodos de Ti/Pt/Pb02, Ti/Pt/Sn02-Sb204 y Si / BDD, la demanda de (DQO) es de 6,2 g/L y el nitrógeno de amonio encontrado es de 0,48 g/L. Los resultados experimentales mostraron que, para los tres materiales de electrodos como ánodo, las absorciones de DQO fueron similares, el ánodo de BDD promueve más fácilmente la combustión completa de la materia orgánica. En cuanto a la eliminación de nitrógeno, los electrodos óxido de metal fueron eficaces en la eliminación de nitrógeno en forma de amonio, mientras que el BDD fee más eficiente en la eliminación de nitrógeno orgánico. Para las condiciones experimentales similares, el electrodo de Ti/P^bÜ2 elimina un (90 %), seguido por Ti/Pt/Sn02-Sb204 (64 %) y BDD (56 %). En electrodos de ánodos de BDD, el amonio es oxidado a nitrato, mantiene el contenido de nitrógeno más alto que en las muestras tratadas con los óxidos de metal, mientras que estos últimos materiales son más eficaces en la eliminación completa de nitrógeno, debido a la oxidación parcial a gas de nitrógeno. Los ánodos de óxidos metálicos demostraron un menor consumo de energía que la BDD, el comportamiento energético de Ti/Pt/Pb02 y Ti/Pt/Sn02-Sb204 son similares. Xiaoyue Duan, Et. AL [6] también obtuvieron el electrodo Pb02 por electrodeposición y se caracterizó por microscopía de barrido electrónica (SEM), difracción de rayos X (DRX) y voltametría cíclica (CV). Realizaron la oxidación electroquímica de fenol en solución acuosa y se determinó el carbono orgánico total (TOC) por espectroscopia UV y los desechos químicos orgánicos (COD) las mediciones se llevaron a cabo para estudiar la cinética de la degradación electroquímica de fenol y la eficiencia bajo diferentes densidades de corriente. Los resultados experimentales mostraron que la densidad de corriente aplicada tenía una influencia positiva en la degradación de fenol y la eliminación de TOC, pero una densidad de corriente más alta lleva a una menor eficiencia de la corriente y mayor consumo de energía, la degradación de fenol es obtenido luego de una reacción cinética de primer orden, y los compuestos intermedios identificados fueron anillos aromáticos y ácidos carboxílicos utilizando las técnica de cromatografía líquida de alto rendimiento (OTLC). Desde varios años atrás el dióxido de plomo es muy utilizado en la investigación electroquímica debido a su estabilidad química y al bajo costo esto permite hacer su uso en la industria química.