Desarrollo y optimización de celdas de electroxidación con carbón recuperado, para su posible aplicación en la remoción compuestos disruptores endocrinos disueltos en agua

La generación de residuos sólidos urbanos (RSU), es una de las mayores problemáticas ambientales que enfrenta la sociedad actual, esto como consecuencia del aumento poblacional y el estilo de vida, lo que ocasiona, un mayor consumo de bienes y servicios. Se estima que, a nivel mundial la generación de RSU para el año 2025, alcance los 2,200 millones de toneladas. Una de las alternativas establecidas desde hace algunas décadas es el reúso y/o reciclaje de residuos, que en cierta medida reduzca la presión sobre los ecosistemas y otras fuentes de recursos naturales. Asimismo, se disminuye el consumo de energía y de agua necesarios para su procesamiento. En esta categoría de RSU, se encuentra la generación de baterías y pilas, las cuales poseen dentro de sus componentes, cantidades importantes de carbono. Entretanto, otra de las problemáticas ambientales más severas que enfrentamos actualmente, es la contaminación de los cuerpos de agua, dentro de los principales contaminantes se encuentran los denominados compuestos emergentes (fármacos, hormonas sintéticas, residuos de productos de higiene personal y de limpieza, entre otros). Para su remoción se han utilizado diferentes procesos, principalmente biológicos con remociones parciales. Recientemente se han implementado diversos procesos fisicoquímicos, entre los que destacan los Procesos de Oxidación Avanzada (POA), específicamente los procesos de electro- oxidación (EO) han ganado relevancia para la remoción de diferentes contaminantes orgánicos del agua, utilizando combinaciones de diferentes electrodos, de titano, boro, platino entre otros. La relevancia nos las da la naturaleza del proceso de electroxidación, que por la generación de oxidantes con alta capacidad de reacción permite la oxidación de elementos sin ser selectivo, teniendo reacciones directas e indirectas en el seno del agua con los contaminantes disueltos, con diferentes especies de oxidantes. De igual forma se han utilizado estos mismos materiales dopados con diamante, arrojando resultados muy promisorios, sin embargo, es una alternativa costosa. Por tal motivo, en el presente trabajo se planteó la elaboración de electrodos de carbón de residuos industriales como son carbón de baterías (carbón-zinc), escobillas de motores eléctricos y cara rotatoria de carbón de sellos mecánicos de bombas y compresores. En el diseño desarrollado se utilizó el carbón recuperado como ánodo y el acero inoxidable de la serie 304 como cátodo en forma de malla y de pernos, se realizaron pruebas de voltamperometría de los arreglos de electrodos, para encontrar la combinación ánodo-cátodo que demuestre mejor eficiencia de EO, que tenga resistencia a la abrasión y con bajo consumo energético. Los resultados obtenidos, revelaron que la combinación de ánodo de carbón de escobillas vs acero inoxidable con una densidad de corriente de 14.37 mA cm⁻² y potencia media de 2.96 W, fue el mejor comportamiento, pero al final del experimento se obtuvo desprendimiento de carbón al final de la prueba, indicando una tendencia al desgaste temprano.

The urban solid waste generation is the biggest evironmental issue facing today ́s society, as a result of the population growth and lifestyle, originated, by a greater consumption of goods and services. It is estimated that, urban solids waste generation by the year 2025 will reach 2,200 million tons worldwide. An alternative established for some decades is the reuse and/or recycling of waste, which could reduces the pressure on ecosystems and other sources of natural resources. Likewise, the consumption of energy and water necessary for its processing is reduced. Among urban solids waste, batteries and cells generation, have significant amounts of carbon within their components. The water pollution is increasing currently; among its contaminants are the so called emerged compounds (drugs, synthetic hormones, personal care products, cleaning products and others). Different processes have been used for removal, mainly biological achieving a partial remotion , some physic-chemical processes have been implemented recently, among which the Advanced Oxidation Processes stand out, the electro-oxidation processes have been relevant for the efficient removal for different organic pollutants from water specifically, different combinations of titanium, boron, platinum used as electrodes among others have been tested, diamond-dopped materials have been also used in the same way with promissory results, however it is an expensive alternative. In the current work, the carbon electrodes from batteries (carbon-zinc) were obtained, from urban and industrial waste such as carbon brushes electric motor specifically, mechanical seal for pumps and compressor rotatory carbon face. The design includes, recovered carbon used as anode and 304 stainless steel as cathode, voltampermetry test of electrodes array were performed, to obtain the feasible anode-cathode combination and that better EO behavior, with abrasion resistance and low energy consumption. The combination of carbon brushed anode vs stainless steel, with current density of 14.37 mA cm⁻² and average power of 2.96 W had carbon shedding deficiency at the end of the test.