Escorias siderúrgicas para una mejor eliminación de lixiviados de vertederos en tres

Jul 05, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 12751 (2023) Citar este artículo

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En este estudio, se aplicó un sistema de oxidación electroquímica tridimensional, con escorias siderúrgicas como electrodos de partículas, para tratar los lixiviados de vertederos. Las características de los electrodos de partículas se investigaron mediante mediciones de microscopio electrónico de barrido (SEM), espectroscopia de fluorescencia de rayos X (XRF) y difracción de rayos X (XRD). Se descubrió que la escoria de acero presentaba una superficie rugosa e irregular y consistía principalmente en SiO2 (cuarzo), lo que indicaba una mayor capacidad de absorción y electroconducción. Posteriormente, se llevaron a cabo pruebas de degradación comparativas entre sistemas de oxidación electroquímica bidimensionales (2D) y tridimensionales (3D) y los resultados indicaron eficiencias de eliminación de DQO. Además, el NH4+-N procedente de lixiviados de vertederos en el sistema 3D mejoró enormemente en comparación con el del sistema 2D. Además, las condiciones de operación también se optimizaron para una distancia entre electrodos de 1 cm, una densidad de corriente de 20 mA·cm-2, un valor de pH inicial de 4,4 y una concentración de escoria de acero de 0,30 g·mL-1, todo lo cual se determinó para garantizar un excelente relleno sanitario. Eficiencia en la remoción de lixiviados. Además, se propuso un posible mecanismo de eliminación de este sistema. La introducción de electrodos de partículas de escoria de acero en un sistema de oxidación electroquímica tridimensional implicó el concepto de "utilizar residuos para tratar residuos", proporcionando una forma viable de eliminación de contaminantes.

La generación mundial de residuos sólidos municipales (RSU) está aumentando junto con el crecimiento de la población, el aumento del nivel de vida y la industrialización, alcanzando un valor de 2,2 mil millones de toneladas por año para 20501. El entierro de RSU en vertederos causa una gran cantidad de lixiviados de vertedero (LFL). , generado cuando el exceso de precipitación se infiltra a través de muchas capas del vertedero2. Además, el LFL contiene altos niveles de contaminantes orgánicos, sales inorgánicas, metales pesados ​​y amoníaco3, que pueden causar daños importantes a todo el sistema ecológico y a la salud humana4. Por lo tanto, para prevenir la contaminación de los recursos hídricos, las aguas superficiales y subterráneas y los suelos, es necesario recoger y tratar adecuadamente estos efluentes.

La mayoría de las tecnologías biológicas y fisicoquímicas convencionales implementadas en las instalaciones de manejo de RSU en la actualidad no son capaces de tratar eficientemente las LFL, debido al efecto inhibidor del sistema microbiano causado por ciertas sustancias tóxicas, así como a los costosos costos de inversión y mantenimiento5,6. Los procesos de oxidación avanzados (POA) que pueden producir especies activas para oxidar contaminantes orgánicos refractarios han atraído mucha atención debido a sus posibles aplicaciones para la eliminación de aguas residuales7,8,9,10,11,12. Entre estos métodos, los métodos electroquímicos han surgido como alternativas prometedoras para la eliminación de aguas residuales, especialmente para LFL13,14,15,16. Durante las últimas dos décadas, la oxidación electroquímica (OE) ha logrado grandes avances en el tratamiento de aguas residuales, especialmente para la reducción de sustancias biorrefractarias17. En general, el OE presenta muchas ventajas, como la falta de producción de lodos, la descomposición de compuestos de alto peso molecular para generar intermediarios biodegradables y la mineralización completa de los compuestos orgánicos18. Además, se ha observado que este proceso es eficiente para descomponer el amonio, que se considera el contaminante más inflexible (difícil de eliminar) presente en LFL19.

Entre las tecnologías de EO, la oxidación electroquímica tridimensional (3DEO), con electrodos de partículas introducidos, conduce a una mayor superficie específica y una distancia más corta para la transferencia de masa, lo que soluciona inconvenientes como la baja eficiencia de corriente y la limitación de la transferencia de masa que encuentran las tecnologías bidimensionales convencionales. (2D) electrólisis20,21,22. Teniendo esto en cuenta, seleccionar los electrodos de partículas adecuados es un factor crítico para diseñar y operar el sistema de oxidación electroquímica 3D. Según el estudio de Wang23, los electrodos de partículas se preparan principalmente como material carbonoso y material metálico (incluido el óxido metálico) con alta porosidad y alta impedancia. Sin embargo, su desarrollo y aplicación son limitados ya que tienen procesos complicados y materias primas costosas.

Hoy en día, la escoria siderúrgica, que contiene varios óxidos metálicos y no metálicos (como SiO2, CaO, Fe2O3 y Al2O3), ha atraído mucha atención de la investigación24,25. La escoria siderúrgica se ha utilizado ampliamente como residuo industrial para eliminar contaminantes debido a su excelente capacidad de adsorción y sedimentación. Por ejemplo, Cheng et al. utilizaron escoria de acero modificada con ácido salicílico y metanol como catalizador tipo Fenton para la degradación del alaclor, mientras que26 Wang et al.27 prepararon electrodos magnéticos de partículas de escoria de acero para la degradación electroquímica 3D de aguas residuales de yacimientos petrolíferos. Sin embargo, existen pocos estudios sobre el uso directo de escorias siderúrgicas sin modificaciones para la remediación ambiental, especialmente para la degradación de LFL.

En el presente estudio se utilizó un sistema de oxidación electroquímica tridimensional (3D) con escorias de acero introducidas como electrodos de partículas para el tratamiento electroquímico de lixiviados de vertedero (LFL) del vertedero ubicado en el noroeste de China. Las propiedades fisicoquímicas de las escorias de acero se investigaron mediante microscopio electrónico de barrido (SEM), espectroscopia de fluorescencia de rayos X (XRF) y difracción de rayos X (XRD). Por lo tanto, se realizaron experimentos de comparación para los sistemas de oxidación electroquímica bidimensionales (2D) y tridimensionales (3D) para explorar el efecto de los electrodos de partículas. Aparte de estas pruebas de degradación, nuestro trabajo experimental también se centró en la optimización del proceso de degradación. Se optimizaron varios parámetros operativos, incluida la distancia entre electrodos, la densidad de corriente, el valor de pH inicial y la concentración de escoria de acero para obtener condiciones operativas apropiadas para el sistema. Como se esperaba, la DQO y el NH4+-N de LFL se eliminaron casi por completo (más del 90%) en 120 minutos en las condiciones optimizadas del sistema, con electrodos de partículas de escoria de acero. Esto puede denominarse concepto de “utilizar residuos para tratarlos”. Además, también se introdujo el posible mecanismo de eliminación.

En este trabajo, las escorias de acero con un tamaño promedio de alrededor de 1 cm y un volumen de acero de 4 a 6 cm3 procedían de plantas siderúrgicas obtenidas. Luego se utilizaron como electrodos de partículas en el sistema de oxidación electroquímica 3D. Para las mediciones de la demanda química de oxígeno (DQO) se utilizaron ácido sulfúrico (H2SO4), dicromato de potasio (K2Cr2O7) y sulfato ferroso (FeSO4·7H2O). Se utilizaron dicloruro de mercurio (HgCl2), yoduro de potasio (KI) e hidróxido de potasio (KOH) para medir los niveles de nitrógeno amónico (NH4+-N). Además, en los experimentos se utilizó sulfato de sodio (Na2SO4) y etanol absoluto (C2H5OH). Todos los productos químicos utilizados en este estudio fueron de grado analítico y se adquirieron en Tianjin Kermel Chemical Reagent Co., Ltd (Tianjin, China).

El experimento de degradación se realizó en el sistema de oxidación electroquímica tridimensional (3D) que se muestra en la Fig. 1. Como se ve, se estableció una configuración de dos celdas en el tanque electrolítico (70 mm × 45 mm × 45 mm), con Pt y Las placas de Ti (0,5 mm de espesor) sirvieron como ánodo y cátodo, respectivamente. Además, los electrodos se colocaron verticalmente y paralelos entre sí y cerca del interior del tanque electrolítico. Se llenó el reactor con cierta concentración de partículas de escoria de acero y se empaquetó entre las dos placas en el fondo de la cámara intermedia para establecer un sistema 3D. La concentración optimizada de escoria de acero de 0,30 g·mL-1. Además, se conectó una fuente eléctrica de corriente continua (HY1711-3S, Yaguang) entre el ánodo y el cátodo, que aplicó un voltaje de 18 V. Además, los experimentos se realizaron a una temperatura ambiente de 25 ℃.

Diagrama esquemático de un sistema de oxidación electroquímica tridimensional.

A modo de comparación, el sistema de oxidación electroquímica bidimensional (2D) se realizó bajo las mismas configuraciones sin empaquetar los electrodos de partículas.

El lixiviado del vertedero experimental sirvió como proyecto de degradación y se recogió del vertedero sin ningún tratamiento y se almacenó a 4 °C. Las propiedades físicas y químicas del lixiviado crudo del vertedero se enumeran en la Tabla 1, lo que indica una alta toxicidad y componentes complicados. Las concentraciones de NH4+-N y DQO ​​de los lixiviados de vertederos se midieron de acuerdo con los Métodos estándar para el examen de agua y aguas residuales (APHA, 2005).

En este experimento típico, se vertieron 100 ml de lixiviado de vertedero en la celda de microelectrólisis del sistema de oxidación electroquímica 3D y 2D y se mezclaron con una solución de Na2SO4 (10 ml, 0,1 mol·L-1) que se empleó como electrolito de soporte. El pH inicial de la solución se ajustó con H2SO4 (0,1 mol·L-1) y NaOH (0,1 mol·L-1) y luego se encendió la corriente continua para iniciar la reacción. Durante la degradación, se retiraron aproximadamente 3 ml de la mezcla a intervalos predeterminados y se filtraron inmediatamente a través de una membrana de 0,22 µm para mediciones adicionales. Además, con base en los experimentos previos, se consideraron varios parámetros influyentes para optimizar las condiciones operativas del sistema de oxidación electroquímica 3D, como la distancia entre electrodos, la densidad de corriente, el valor de pH inicial y la concentración de escorias de acero.

Para prueba SEM (JSM-6701F, Hitachi, Japón), presión de pedido de 10-8 Pa en pistola, resolución: 1,0 nm(15 kV)/2,2 nm(1 kV), voltaje de aceleración: 0,5 kV-30 kV, aumento: 25 -650 K. Además, porcentajes de composición química contenida en los electrodos de partículas, que fueron observados por XRF. La DRX se realizó utilizando un difractómetro Rigaku D/MAX III-3B, con irradiación de Cu Kɑ. Además, la DQO y los niveles de NH4+-N para los lixiviados del vertedero se midieron de acuerdo con los métodos estándar de APHA, utilizando un espectrofotómetro ultravioleta-vis (UV-vis) (EVOLUTION300, Thermofisher Co. Ltd., América). Además, los valores de pH se determinaron utilizando un electrodo de pH (pHG-7685A; INESA Instrument Co. Ltd., Shanghai, China).

Las imágenes ópticas y SEM se emplearon para estudiar las morfologías de los electrodos de partículas de escoria de acero como se muestra en la Fig. 2. En la Fig. 2a se vio que había varios bloques y partículas rugosos con diferentes formas y tamaños, provenientes del proceso de fabricación de acero y directamente. utilizado en el sistema de oxidación electroquímica tridimensional. Además, en el estudio típico se eligió escoria de acero con un tamaño medio de alrededor de 1 cm. Como se ve en la Fig. 2b, c, la escoria de acero exhibió una estructura a microescala y la superficie de la muestra reveló estructuras rugosas e irregulares. Claramente, había un número de láminas y correas expuestas de manera no homogénea en la superficie, lo que por lo tanto aumentó el área de la superficie externa de las escorias de acero, lo que condujo a una mayor capacidad de adsorción.

Las imágenes ópticas (a) y SEM (b, c) de electrodos de partículas de escoria de acero.

La Figura 3 muestra los porcentajes de la composición química contenida en los electrodos de partículas, que fueron observados por XRF. Como se ve, la escoria de acero estaba compuesta principalmente de varios tipos de óxidos, incluidos óxidos metálicos y óxidos de metales de transición. Se observó que los contenidos de dióxido de silicio (SiO2) y óxido de calcio (CaO) fueron relativamente altos, representando 40,24% y 31,63% respectivamente. Además, la escoria de acero también estaba compuesta por 12,27% de óxido de magnesio (MgO), 11,48% de óxido de aluminio (Al2O3), 0,59% de óxido de potasio (K2O), 0,28% de óxido férrico (Fe2O3) y otros, lo que indica la complejidad. Además, estos óxidos metálicos y óxidos de metales de transición existentes participaron en la reacción a través de catálisis heterogénea, facilitando la adsorción y electroconducción de electrodos de partículas y, por lo tanto, potenciando los efectos de la electrólisis para los contaminantes en descomposición28.

Composición química de electrodos de partículas de escoria de acero.

Se investigó el patrón de XRD de los electrodos de partículas de escoria de acero y los resultados se muestran en la Fig. 4. Como se puede ver, varios picos de XRD puntiagudos a 20,7°, 26,3°, 39,2°, 42,2°, 49,8°, 54,7°, 59,8°, Se detectaron 63.7°, 68.0°, 79.7° y 81.2°, los cuales estaban bien indexados a (100), (101), (102), (200), (112), (202), (211), (113). , (203), (213) y (310) para SiO2 con la fase de cristal de cuarzo (JCPDS, 46-1045)29, respectivamente, lo que sugiere que SiO2 (cuarzo) representó un gran porcentaje de escoria de acero, lo que estaba de acuerdo con Resultados de XRF. Además, en los electrodos de partículas se pudo detectar Fe2O3 con fase cristalina de Hematita (JCPDS, 33-0664), en valores de 2 theta de 33.0°, 35.5° y 64.3°, correspondientes a (104), (110) y (300). aviones30. Cabe señalar que las escorias de acero exhibieron picos de difracción visual con 35,0° y 57,2°, ambos indexados a (104) y (116) datos de difracción estándar para Al2O3 (JCPDS, 46-1212)31. Además, algunos componentes de la escoria de acero no se detectarían en la medición XRD, como sus fases amorfas o la composición compleja de la escoria de acero32. Estos electrodos de partículas de escoria de acero mostraron picos de difracción intensos y agudos de varias fases cristalinas, lo que podría ser beneficioso para la eliminación electrocatalítica de contaminantes en el sistema de oxidación electroquímica tridimensional.

Patrón XRD de electrodos de partículas de escoria de acero.

La Figura 5 muestra las eficiencias de eliminación de DQO y NH4+-N para lixiviados de vertederos en los sistemas 3D y 2D convencional en las mismas condiciones operativas, donde se estableció la distancia entre electrodos de 1 cm, la densidad de corriente de 20 mA·cm-2 y el pH inicial de 4,4. Como se muestra en las figuras 5a, b, los lixiviados de vertederos tóxicos y de alta concentración podrían degradarse en 120 minutos en el sistema de oxidación electroquímica 3D, con eficiencias de eliminación de DQO y NH4+-N de 95,23% y 98,82%. Sin embargo, solo el 48,12% de la DQO y el 60,12% del NH4+-N se pudieron eliminar al descomponer el lixiviado del vertedero en un sistema 2D en 120 minutos, lo que indica que los electrodos de partículas de escoria de acero mejoraron en gran medida la degradación del lixiviado del vertedero, lo que podría atribuirse a lo siguiente aspectos: (a) Las escorias de acero tenían una alta superficie específica a la que se adherían los contaminantes, lo que ampliaba las áreas de reacción totales a través de las cuales podían tener lugar las reacciones electroquímicas. (b) Al agregar electrodos de partículas y aplicar el campo eléctrico apropiado, las partículas formaron muchos microelectrodos con diferentes cargas en ambos extremos, debido a la inducción electrostática, y por lo tanto produjeron más radicales hidroxilo para una mayor descomposición de los compuestos orgánicos33,34,35.

Comparación de las eficiencias de eliminación de DQO y NH4+-N en sistemas de oxidación electroquímica 2D y 3D. (distancia entre electrodos de 1 cm, densidad de corriente de 20 mA·cm-2, valor de pH inicial de 4,4, concentración de escorias siderúrgicas de 0,30 g·mL-1).

El proceso en el reactor electroquímico generalmente estaba controlado por transferencia de electrones/carga o masa, que a su vez se veía afectada por la distancia entre los electrodos principales. Específicamente, para el sistema de oxidación electroquímica 3D, la distancia entre electrodos también determinó el grado de repolarización de los electrodos de partículas18, que por lo tanto se investigó para la prueba de degradación. La Figura 6a muestra los efectos de tres distancias entre electrodos (1 cm, 2 cm y 3 cm) sobre las eficiencias de eliminación de DQO para lixiviados de vertederos en las mismas condiciones operativas. Claramente, una reducción en la distancia entre electrodos aumentó la eficiencia de eliminación de DQO. El 83,41% de la DQO se eliminó a una distancia entre electrodos de 1 cm después de un proceso de degradación de 120 minutos, que fue aproximadamente 1,29 veces mayor que la tasa de degradación de la DQO a una distancia de 3 cm (61,41%), lo que sugiere que se obtuvo un rendimiento mucho mejor a distancias entre electrodos más cortas. . Como resultado, la intensidad del campo eléctrico y la tasa de transferencia de electrones aumentaron en distancias cortas entre electrodos, mientras que la distancia para la difusión de sustancias se redujo en el proceso23. De este modo, se facilitaría la transferencia de masa y también se podría mejorar la eficiencia de la degradación36. Además, se esperaba que las distancias más largas entre los electrodos y el camino tortuoso para la conductividad iónica aumentaran el potencial de la celda y de la superficie de los electrodos. La resistencia del camino del electrolito se redujo al disminuir la distancia entre electrodos, lo que disminuyó la pérdida óhmica al potencial de la celda electrolítica. Mientras tanto, se redujo la posible caída a lo largo de la escoria siderúrgica. Además, se esperaba que la oxidación del agua fuera cinéticamente más fácil que la oxidación de especies disueltas a mayor potencial oxidativo en el ánodo. Debido a estos aspectos, hubo menores eficiencias de eliminación para los experimentos de 2 cm y 3 cm. Además, se seleccionó 1 cm como distancia óptima entre electrodos.

Efectos de las distancias entre electrodos (a, densidad de corriente de 20 mA·cm-2, pH inicial de 4,4, concentración de escorias de acero de 0,30 g·mL-1), densidades de corriente (b, distancia entre electrodos de 1 cm, pH inicial de 4,4, concentración de escorias de acero de 0,30 g·mL-1), valores iniciales de pH (c, distancia entre electrodos de 1 cm, densidad de corriente de 20 mA·cm-2, concentración de escorias de acero de 0,30 g·mL-1) y escorias de acero.

La densidad de corriente (j) fue un parámetro principal en la eliminación de contaminantes y el costo de capital durante el tratamiento electroquímico de aguas residuales37. Se aplicaron varias densidades de corriente (10 mA·cm-2, 20 mA·cm-2 y 30 mA·cm-2) para operar en las condiciones optimizadas. Como se ve en la Fig. 6b, las eficiencias de eliminación de DQO para los lixiviados de vertederos aumentaron junto con los valores de j. Esto se debió a que se generaron mayores cantidades de radicales hidroxilo y participaron en el proceso de degradación a mayor densidad de corriente. Aunque se podría lograr una tasa de degradación de DQO superior al 95,23% cuando la densidad de corriente fuera de 30 mA·cm-2, habría algunos inconvenientes: por un lado, se producirían reacciones secundarias, como la evolución de oxígeno e hidrógeno, que competían con las reacciones principales. a valores j elevados, lo que conduce a la desactivación de los electrodos y al acortamiento del tiempo de servicio38. Por otro lado, valores j más altos podrían resultar en un consumo de energía mucho mayor y un mayor costo operativo39. Específicamente, la tasa máxima de eliminación de DQO en 120 min fue del 83,41% con una densidad de corriente de 20 mA·cm-2, que fue relativamente alta para obtenerse. En consecuencia, se seleccionó 20 mA·cm-2 como densidad de corriente óptima para experimentos posteriores.

Luego se investigó la influencia del valor del pH inicial en el rendimiento de la degradación del lixiviado del vertedero en el sistema de oxidación electroquímica 3D. La Figura 6c muestra las eficiencias de eliminación de DQO de cuatro valores de pH iniciales diferentes (4,4, 6,4, 8,4 y 10,4). Se observó que se obtuvieron mejores eficiencias de eliminación en condiciones ácidas suaves (pH de 4,4 y 6,4), con más del 95% de la DQO eliminada respectivamente. Para explicar estos resultados, la condición ácida podría disminuir la evolución de oxígeno a partir de la oxidación anódica, lo que fue beneficioso para las reacciones de los electrodos. Sin embargo, siempre se produjeron reacciones secundarias alrededor de los electrodos en la solución alcalina, lo que provocó la inactivación de los electrodos y, por lo tanto, dificultó las reacciones de degradación19. Además, las escorias siderúrgicas que contenían óxidos de hierro facilitarían la descomposición del lixiviado del vertedero, debido a una reacción tipo Fenton que se produciría a valores de pH más bajos40. Además, para mantener la condición ácida, el valor de pH inicial optimizado se fijó en 4,4.

Las partículas de escoria de acero con la formación de microelectrodos cargados podrían dar como resultado una alta eficiencia de degradación en el sistema de oxidación electroquímica 3D, que jugó un papel importante allí. Según estudios previos23, la excelente capacidad de adsorción característica de las escorias siderúrgicas permitía que los contaminantes de las aguas residuales se concentraran en su superficie, por lo que los contaminantes se oxidaban fácil y directamente. Por lo tanto, el rendimiento del sistema de degradación se evaluó bajo diversas concentraciones de escoria de acero (0,15 g·mL-1, 0,20 g·mL-1 y 0,30 g·mL-1) y se fijaron otras condiciones (Fig. 6d). Como se esperaba, la tasa de eliminación de DQO para el lixiviado del vertedero aumentó de 71,29 a 95,23 % en 120 minutos, junto con un aumento de la dosis de escoria de acero de 0,15 a 0,30 g·mL-1. Esto se debió a que también aumentó la cantidad de iones metálicos disueltos y de interfaces sólido-líquido en el sistema de reacción. Notablemente, en comparación con otras condiciones, el rendimiento mejoró obviamente cuando se llenaron el reactor con 0,30 g·mL-1 de escorias de acero, lo que podría explicarse por el fuerte aumento de los sitios de adsorción de saturación. Finalmente, las mejores condiciones de operación establecidas fueron: distancia entre electrodos de 1 cm, densidad de corriente de 20 mA·cm-2, valor de pH inicial de 4,4 y concentración de escoria siderúrgica de 0,30 g·mL-1.

El mecanismo para la eliminación de contaminantes generalmente incluyó oxidación directa (transferencia directa de electrones en el ánodo) y oxidación indirecta (especies oxidantes electrogeneradas) en el sistema de oxidación electroquímica 3D41,42. En el sistema, el ánodo con transferencia de electrones funcionó mucho para oxidar contaminantes43. En detalle, tanto los radicales hidroxilo fisisorbidos como quimisorbidos se generaron a partir de la descarga de agua, que posteriormente participó en el proceso de oxidación44. Además, la introducción de escoria de acero para formar un sistema 3D podría ampliar el área total de reacción, lo que facilitó la degradación. Además, también podría acelerar la eficiencia de la transferencia de electrones, mejorando enormemente la descomposición del LFL. Teniendo esto en cuenta, el diagrama del posible mecanismo de degradación del lixiviado del vertedero se muestra en la Fig. 7 y las reacciones que ocurren se enumeran a continuación45,46.

Posible mecanismo de degradación de contaminantes en el sistema de oxidación electroquímica tridimensional.

En el ánodo:

En el cátodo:

En resumen, en este estudio se construyó el sistema de oxidación electroquímica 3D con electrodos de partículas de escoria de acero para la degradación de lixiviados de vertederos. También se optimizaron las condiciones del proceso. Para investigar las propiedades fisicoquímicas de la escoria de acero, se llevaron a cabo mediciones XRF, SEM y XRD y los resultados indicaron que la escoria de acero era un bloque rugoso, compuesto principalmente de SiO2 (fase de cristal de cuarzo), lo que era beneficioso para la adsorción y la conducción eléctrica. Además, en comparación con el sistema 2D, la electrólisis 3D mostró un rendimiento mucho mejor, con eficiencias de eliminación de DQO y NH4+-N del 95,23% y del 98,82% logradas en 120 minutos de degradación. Además, se identificaron como parámetros operativos óptimos una distancia entre electrodos de 1 cm, una densidad de corriente de 20 mA·cm-2, un pH inicial de 4,4 y una concentración de escoria de acero de 0,30 g·mL-1. Finalmente, en este estudio también se propuso el mecanismo para la eliminación de contaminantes. La escoria de acero aumentó el área de reacción y mejoró la eficiencia de los electrones como partículas de electrodos, lo que contribuyó en gran medida a la oxidación del LFL. Por lo tanto, la escoria fue respetuosa con el medio ambiente cuando se utilizó para desarrollar un sistema de oxidación electroquímica tridimensional para la eliminación de contaminantes. La escoria de acero es, por tanto, una opción atractiva para la aplicación de electrodos de partículas.

Los datos están disponibles previa solicitud razonable al autor correspondiente.

Mian, MM, Zeng, X., Nasry, AA y Al-Hamadani, SM Gestión de residuos sólidos municipales en China: un análisis comparativo. J. Mater. Ciclos Gestión Residuos. 19(3), 1127-1135. https://doi.org/10.1007/s10163-016-0509-9 (2017).

Artículo de Google Scholar

Yong, Z., Bashir, M., Ng, C., Sethupathi, S. & Lim, JW Un tratamiento secuencial de lixiviados intermedios de vertederos tropicales utilizando un reactor discontinuo de secuenciación (SBR) y coagulación. J. Medio Ambiente. Gestionar. 205(1), 244–252. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.09.068 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Yao, P. Perspectivas sobre la tecnología para el tratamiento de lixiviados de vertederos. Árabe. J. química. 10(2), S2567–S2574. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2013.09.031 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Kjeldsen, P. y col. Composición actual y a largo plazo de los lixiviados de vertederos de RSU: una revisión. Crítico. Rev. Medio Ambiente. Control 32(4), 297–336. https://doi.org/10.1080/10643380290813462 (2002).

Artículo CAS Google Scholar

Mandal, P., Dubey, B. & Gupta, A. Revisión sobre el tratamiento de lixiviados de vertederos mediante oxidación electroquímica: inconvenientes, desafíos y alcance futuro. Gestión de residuos. 69, 250–273. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.08.034 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Fernández, A. et al. Oxidación Electro-Fenton de concentrado de ósmosis inversa procedente de lixiviados de relleno sanitario: Evaluación de parámetros operativos. Quimiosfera 184, 1223-1229. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.06.088 (2017).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Buck, C., Skillen, N., Robertson, J. & Robertson, P. Formación y cuantificación de radicales OH fotocatalíticos sobre TiO2P25: producción de un método de detección robusto y optimizado. Mentón. Química. Letón. 29(6), 773–777. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2018.04.022 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Huang, B. y col. Puntos cuánticos de grafeno dopado con S como nanofotocatalizador para la degradación de la luz visible. Mentón. Química. Letón. 29(11), 1698-1701. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2018.01.004 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Li, J. y col. Ag2O como cocatalizador para la degradación fotocatalítica eficaz del fenol en TiO2 con luz visible. Nanociencia. Nanotecnología. Letón. 10(7), 900–907. https://doi.org/10.1166/nnl.2018.2698 (2018).

Artículo de Google Scholar

Lee, C., Kim, H., Gu, Y. & Lim, D. Un estudio de la degradación fotocatalítica del azul de metileno en solución acuosa utilizando PbBi2Nb2O9 estructurado con perovskita. Nanociencia. Nanotecnología. Letón. 10(9), 1179–1186. https://doi.org/10.1166/nnl.2018.2760 (2018).

Artículo de Google Scholar

Li, H., Jiang, P., Zhang, W., Chen, S. y Li, F. Síntesis hidrotermal de heterounión np núcleo-cubierta BiVO4@Cu2O para mejorar el rendimiento fotocatalítico de luz visible. Nanociencia. Nanotecnología. Letón. 10(4), 451–460. https://doi.org/10.1166/nnl.2018.2689 (2018).

ADS del artículo Google Scholar

Rahmani, A. y col. Degradación mejorada del tratamiento de aguas residuales con herbicidas y pesticidas de diurón en un reactor electroquímico tridimensional equipado con ánodos de PbO2 y electrodos de partículas de carbón activado granulares. J. Limpio. Pinchar. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.129094 (2021).

Artículo de Google Scholar

Yoon, H., Kim, S., Huang, W. y Sohn, Y. Rendimientos electrocatalíticos comparables de nanopartículas de SrTiO3 cargadas de carbono y Rh. Mentón. Química. Letón. 29(6), 800–804. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2018.01.021 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Lu, Y. & Zhu, L. Polimerización topoquímica de materiales a base de difenildiacetileno y su aplicación relevante en fotocatálisis. Mentón. Química. Letón. 29(11), 1591-1600. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2018.03.005 (2018).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Rahmani, A. y col. Fieltro de carbono 3D dopado con bismuto/electrocatalizador de PbO2 para la degradación del herbicida diurón y la mejora de la biodegradabilidad de las aguas residuales de pesticidas. J. Medio Ambiente. Química. Ing. https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.109118 (2023).

Artículo de Google Scholar

Dong, L., Yan, G., Ren, S., Zhang, X. y Lei, T. Nanohíbrido de poli (cloruro de dialildimetilamonio) / nanocristal de celulosa decorado con nanopartículas de platino para la detección electroquímica de dopamina. J. Materia de base biológica. Bioenergía 12(6), 519–524. https://doi.org/10.1166/jbmb.2018.1800 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Rahmani, A. y col. La integración de EAOP basados ​​en PbO2 con otros procesos de oxidación avanzados para mejorar el tratamiento del agua y las aguas residuales. actual. Opinión. Electroquímica. https://doi.org/10.1016/j.coelec.2022.101204 (2023).

Artículo de Google Scholar

Rahmani, A., Shabanloo, A. y Shabanloo, N. Una minirevisión de los avances recientes en electrocatalizadores de dióxido de plomo para la degradación de contaminantes orgánicos tóxicos. Madre. Hoy química. https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2022.101311 (2023).

Artículo de Google Scholar

Cabeza, A., Urtiaga, A., Rivero, M. & Ortiz, I. Eliminación de amonio de lixiviados de vertedero mediante oxidación anódica. J. Peligro. Madre. 144(3), 715–719. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.01.106 (2007).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Zhang, C. y col. Proceso electroquímico tridimensional para el tratamiento de aguas residuales: una revisión general. Química. Ing. J. 228, 455–467. https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.05.033 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Li, M., Zhao, F., Sillanpaa, M., Meng, Y. & Yin, D. Degradación electroquímica de 2-dietilamino-6-metil-4-hidroxipirimidina utilizando un reactor de electrodos tridimensionales con electrodos de partículas cerámicas. Sep. Purif. Tecnología. 156, 588–595. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2015.10.053 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Huang, C. & Su, Y. Eliminación de iones de cobre de aguas residuales mediante adsorción/electrosorción en telas de carbón activado modificado. J. Peligro. Madre. 175(1–3), 477–483. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.10.030 (2010).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Shen, B., Wen, X. y Huang, X. Rendimiento de eliminación mejorado de estriol mediante un reactor de electrodos tridimensional. Química. Ing. J.327(1), 597–607. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.06.121 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Wang, Z., Qi, J., Feng, Y., Li, K. & Li, X. Preparación de electrodos de partículas catalíticas a partir de escoria de acero y su desempeño en un sistema de oxidación electroquímica tridimensional. J. Ind. Ing. Química. 20(5), 3672–3677. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2013.12.065 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Tossavainen, M. et al. Características de la escoria siderúrgica bajo diferentes condiciones de enfriamiento. Gestión de residuos. 27(10), 1335-1344. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2006.08.002 (2007).

Artículo CAS Google Scholar

Xiong, J. y col. Eliminación de fosfato de la solución mediante escoria siderúrgica mediante separación magnética. J. Peligro. Madre. 152(1), 211–215. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.06.103 (2008).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Cheng, M. y col. Escoria del convertidor de acero modificado con ácido salicílico y metanol como catalizador heterogéneo tipo Fenton para mejorar la degradación del alaclor. Química. Ing. J.327(1), 686–693. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.06.153 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Wang, Z. y col. Preparación de un electrodo magnético de partículas de escoria de acero y su desempeño en un novedoso reactor electroquímico para el tratamiento avanzado de aguas residuales de yacimientos petrolíferos. J. Ind. Ing. Química. 58(25), 18-23. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2017.09.001 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Sarker, D. y col. Desentrañar el origen de la emisión de campo mejorada de nanocompuestos de FeCo-SiO2 irradiados: un estudio combinado experimental y basado en primeros principios. Aplicación ACS. Madre. Interfaces. 8(7), 4994–5001. https://doi.org/10.1021/acsami.5b07937 (2016).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Feyzi, M., Yaghobi, N. y Eslamimanesh, V. Nanocatalizadores de hierro y cobalto soportados sobre TiO2-SiO2: caracterización y rendimiento catalítico en la síntesis de Fischer-Tropsch. Madre. Res. Toro. 72, 143-153. https://doi.org/10.1016/J.MATERRESBULL.2015.07.039 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Jiang, H., Qi, Z. & Wang, Z. Fe3O4/biocarbón mejorado electroquímicamente activa el peroximonosulfato (E/nano-Fe3O4/BC/PMS) para la degradación de la oxitetraciclina. Quimiosfera 308, 136148. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.136148 (2022).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Lian, J. y col. Síntesis ionotérmica en un solo paso de nanohojuelas mesoporosas gamma-Al2O3 a baja temperatura. Química. Comunitario. 46(15), 2650–2652. https://doi.org/10.1039/b921787h (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Kong, L., Zhang, T., Ma, J. & Boey, F. Crecimiento anisotrópico de granos de mullita en polvos molidos con bolas de alta energía dopados con óxidos de metales de transición. J. Eur. Cerámica. Soc. 23(13), 2247–2256. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(03)00048-7 (2003).

Artículo CAS Google Scholar

Li, X. y col. Partículas de TiO2-SiO2/GAC para la eliminación electrocatalítica mejorada de aguas residuales de teñido de naranja ácido 7 (AO7) en un reactor electroquímico tridimensional. Sep. Purif. Tecnología. 187, 302–310. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.06.058 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Shen, B., Wen, X. y Huang, X. Rendimiento de eliminación mejorado de estriol mediante un reactor de electrodos tridimensional. Química. Ing. J. 327, 597–607. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.06.121 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Sun, Y. et al. Tratamiento electroquímico de cloranfenicol mediante electrodos de partículas de Ti-Sn/γ-Al2O3 con reactor tridimensional. Química. Ing. J. 308, 1233–1242. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.10.072 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Lin, H., Niu, J., Xu, J., Li, Y. & Pan, Y. Mineralización electroquímica de sulfametoxazol por ánodo de Ti / SnO2-Sb / Ce-PbO2: cinética, vías de reacción y evolución del costo de energía. Electrochim. Actas 97, 167-174. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.03.019 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Costa, C., Montilla, F., Morallon, E. & Olivi, P. Oxidación electroquímica del tinte negro ácido 210 en el electrodo de diamante dopado con boro en presencia de iones fosfato: efecto de la densidad de corriente, el pH y los iones cloruro . Electrochim. Actas 54(27), 7048–7055. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2009.07.027 (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Wang, Y., Gu, B. y Xu, W. Degradación electrocatalítica del fenol en varios ánodos de óxido metálico. J. Peligro. Madre. 162(2–3), 1159–1164. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.05.164 (2009).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Li, X., Wang, C., Qian, Y., Wang, Y. & Zhang, L. Eliminación simultánea de la demanda química de oxígeno, turbidez y dureza de aguas residuales de ácido cítrico tratadas biológicamente mediante oxidación electroquímica para su reutilización. Sep. Purif. Tecnología. 107, 281–288. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2013.01.008 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Chen, C., Wu, R., Tzeng, Y. & Lu, C. Degradación oxidativa química del tinte naranja de acridina en solución acuosa mediante el reactivo de Fenton. J. Chin. Química. Soc. 56(6), 1147-1155. https://doi.org/10.1002/jccs.200900165 (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Martinez-Huitle, C. & Ferro, S. Oxidación electroquímica de contaminantes orgánicos para el tratamiento de aguas residuales: Procesos directos e indirectos. Química. Soc. Rev. 35(12), 1324-1340. https://doi.org/10.1039/B517632H (2006).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Ding, J., Zhao, Q., Wei, L., Chen, Y. & Shu, X. Eliminación de nitrógeno amónico de aguas residuales con un sistema de oxidación electroquímica tridimensional. Ciencia del agua. Tecnología. 68(3), 552–559. https://doi.org/10.2166/wst.2013.262 (2013).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Madsen, H., Sogaard, E. & Muff, J. Estudio de los intermedios de degradación formados durante la oxidación electroquímica del residuo de pesticida 2,6-diclorobenzamida (BAM) en ánodos de diamante dopado con boro (BDD) y platino-iridio. Quimiosfera 120, 756–763. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.10.058 (2015).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Ma, Q. y col. Fabricación de fotoelectrodos de matrices de nanotubos de MnO2/TiO2 y su mecanismo y rendimiento fotoelectrocatalítico de luz visible mejorado. Sep. Purif. Tecnología. 189, 193–203. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.08.007 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Pletcher, D. Oxidaciones indirectas utilizando peróxido de hidrógeno electrogenerado. Acta Química. Escanear. 53, 745–750. https://doi.org/10.3891/acta.chem.scand.53-0745 (1999).

Artículo CAS Google Scholar

Fockedey, E. & Van Lierde, A. Acoplamiento de reacciones anódicas y catódicas para la electrooxidación de fenol utilizando electrodos tridimensionales. Agua Res. 36(16), 4169–4175. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(02)00103-3 (2001).

Artículo de Google Scholar

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Este trabajo fue apoyado por el Plan de Ciencia y Tecnología para centrarse en la Investigación y el Desarrollo en la Prefectura de Liangshan (20ZDYF0113), un proyecto de investigación doctoral en la Universidad de Xichang (YBZ202142), así como el Proyecto de Ciencia y Tecnología de la ciudad de Xichang (JSYJ -2021-02).

Academia de Ciencias Económicas y Ambientales, Universidad de Xichang, Xichang, 615013, China

Lichao Nengzi, Yong Qiu, Lin Meng y Haitao Li

Escuela de Medio Ambiente y Energía, Universidad Tecnológica del Sur de China, Guangzhou, 510006, China

Lichao Nengzi y Guanglei Qiu

Facultad de Recursos y Medio Ambiente, Universidad de Xichang, Xichang, 615013, China

Rui Cao y Wujia Hailai

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Diseño, experimentación, análisis y redacción de LN. Diseño y análisis del NS. Diseño GQ, redacción. Análisis RC, investigación. Análisis YQ, investigación. Investigación LM. Análisis WH.

Correspondencia a Lichao Nengzi, Haitao Li o Guanglei Qiu.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Nengzi, L., Cao, R., Qiu, Y. et al. Escorias siderúrgicas para una mejor eliminación de lixiviados de vertederos en un sistema de oxidación electroquímica tridimensional. Representante científico 13, 12751 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39638-w

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Recibido: 28 de abril de 2023

Aceptado: 28 de julio de 2023

Publicado: 07 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39638-w

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