Microstructural and electrochemical analysis of Sb 2 O 5 doped-Ti/RuO 2 -ZrO 2 to yield active chlorine species for ciprofloxacin degradation

Abstract

A Sb 2 O 5 doped-Ti/RuO 2-ZrO 2 (Ti/SbRuZr) electrode is used to perform the abatement of ciprofloxacin (CIP, C 17 H 18 FN 3 O 3). The catalyst was prepared using the Pechini method, and subsequently characterized by XRD, SEM-EDS, EIS and CV. The microstructural analysis of Ti/SbRuZr shows the formation of RuO 2 (P4 2 /mnm) and ZrO 2 (P2/m) crystalline phases, with an average crystallite size about twice (61.2 nm) lower than Ti/RuO 2 (109 nm). Additionally, SEM micrographs reveal that ZrO 2 affects the morphological features of the deposited RuO 2 layer, turning it into a more heterogeneous material. The electrode capacity was evaluated through the elimination of antibiotic activity (AA) of CIP, revealing that 83 and 45% of AA was removed using Ti/SbRuZr and Ti/RuO 2 , respectively at 0.19 A h L À1. According to CV analysis, the electrochemical mechanism for CIP degradation was found to proceed through active chlorine species (Cl 2-active) on Ti/SbRuZr. This facile kinetics occurring on the ternary catalyst resulted from a high charge transfer resistance for oxygen evolution reaction, as revealed by EIS analysis. HPLC, HPLC-MS, and density functional theory were employed to propose a reaction pathway for CIP degradation. Findings from this work stands out prospective applications of anodic electrochemical oxidation to efficiently eliminate CIP, and the associated proliferation of antibiotic resistant microorganisms in aqueous media.

Microwave‐Assisted Solvothermal One‐Pot Synthesis of RuO2 Nanoparticles: First Insights of Its Activity Towards Oxygen and Chlorine Evolution Reactions

“…On the other hand, n1 was found to be close to 0.7, lowering down when increasing the overpotential. An EIS study conducted under similar experimental conditions (i. e. applied potential, electrolyte) but using a Ti/RuO 2 catalyst deposited via Pechini method reported n values around 0.95, and R1 values of 6600 and 63 Ω cm 2 for 1.2 and 1.3 V, respectively . It is evident that this increase of resistance and deviation from ideal capacitance in the RuO 2 formed with the MWAS is associated with the impregnation method on Ti, which generates a heterogeneous distribution and inadequate adherence of the nanoparticles onto Ti.…”

Oxidación electroquímica para la degradación de ciprofloxacíno asistida con radiación ultravioleta utilizando ánodos dimensionalmente estables

“…Entre los antibióticos más prescritos se encuentra el ciprofloxacino (CIP) [2,21,30,31,36]. El CIP (Figura 3.4.2) es una quinolona de tercera generación que contiene un grupo piperacínico en la posición 7, por lo que es una de las FQs sintéticas más prescritas para combatir enfermedades de transmisión sexual, infecciones tracto-urinarias, dermatológicas, gastrointestinales, óseas y sistemáticas [32,37]. Éste se encuentra entre los compuestos farmacéuticos con mayor concentración en aguas residuales hospitalarias y urbanas (Figura 3.4.3), así como aguas superficiales [37][38][39].…”

“…El CIP (Figura 3.4.2) es una quinolona de tercera generación que contiene un grupo piperacínico en la posición 7, por lo que es una de las FQs sintéticas más prescritas para combatir enfermedades de transmisión sexual, infecciones tracto-urinarias, dermatológicas, gastrointestinales, óseas y sistemáticas [32,37]. Éste se encuentra entre los compuestos farmacéuticos con mayor concentración en aguas residuales hospitalarias y urbanas (Figura 3.4.3), así como aguas superficiales [37][38][39]. El CIP puede estar presente en solución en tres estructuras; en forma catiónica con < 5.90 ± 0.15, zwitterionic 5.90 ± 0.15 < < 8.89 ± 0.11 e iónica < 8.89 ± 0.11 [40].…”

“…E. Coli) a estos antimicrobianos [26]. Por lo anterior, en referencia a las bajas eficiencias de remoción de CIP, así como de otro tipos de PPCPs por métodos convencionales de tratamiento de aguas, se han implementado los AOPs para incrementar la remoción de contaminantes emergentes, en el caso del CIP, se han utilizados procesos como la osmosis inversa [42], ultrafiltración [43], adsorción por óxido de grafeno [44], adsorción por zeolitas [45], UV/peroximonosultafos [39], fotocatálisis [46], acoplamientos con procesos Fenton [28], electrooxidación-ozonación [47], electrocoagulación [38] y la oxidación electroquímica [37]…”

“…La Figura 8.5.1a muestra la evaluación del sistema en un medio de cloruros; es posible apreciar curvas durante el proceso de reducción de los electrodos justo después del proceso de oxidación en potenciales cercanos a 1 . Palma-Goyes et al, 2016 [37], ha atribuido estos procesos en relación a la reducción de especies de cloro activo formados en el barrido en dirección anódica y, posteriormente reducidos en la superficie. Por el contrario, el estudio realizado en medio de sulfatos, Figura 8.5.1b, no mostró la presencia de ninguna especie en las mismas condiciones que el proceso anterior.…”