Fabricación de un ánodo en base a CoFe2O4 dopado con Al o Mn para la degradación de rodamina B en solución acuosa

Abstract

El crecimiento industrial global genera aguas residuales con compuestos orgánicos difíciles de eliminar, como furfural, sulfametoxazol y rodamina B, que no se pueden tratar eficazmente con métodos convencionales (filtración, sedimentación, lodos activados). Los procesos de oxidación avanzada ofrecen una solución eficaz, descomponiendo estos compuestos mediante radicales activos (•OH y SO4•−), que transforman moléculas complejas en sustancias más simples, llegando incluso a la mineralización en agua y dióxido de carbono. En este contexto, los métodos electroquímicos son especialmente eficientes, alcanzando degradaciones de hasta un 90 % mediante el uso de electrodos de óxidos metálicos (hierro o cobalto) combinados con intermediarios como peróxido de hidrógeno (H2O2) o peroximonosulfato (PMS).

Este estudio aborda la síntesis de ferrita de cobalto (CoFe2O4) mediante el método sol- gel, seguida de la fabricación de ánodos por tape casting, para degradar electroquímicamente rodamina B (RhB) activando peroximonosulfato (PMS) y generando radicales •OH y SO4•−. La RhB fue seleccionada por su alta resistencia a la degradación. La caracterización confirmó la formación de CoFe2O4 tras tratamiento térmico a 300 ºC. Las partículas fueron depositadas sobre sustratos de titanio para fabricar los ánodos denominados CoFe2O4/Ti (CFO/Ti). Se observó un aumento en la capacidad oxidativa al aplicar un potencial eléctrico, lo que sugiere una activación electroquímica del PMS. Las tasas de degradación alcanzaron 48% en el sistema RhB-PMS, 55% con RhB-PMS-CFO/Ti y 60% al aplicar un potencial (EQ). Esto indica que el ánodo CFO/Ti puede activar el PMS, generando complejos reactivos que facilitan la interacción catalítica en su superficie.

Se fabricaron electrodos de CoFe2O4 dopados con 6% de aluminio y manganeso (Al- CoFe2O4/Ti y Mn-CoFe2O4/Ti) para evaluar su actividad electrocatalítica en comparación con el material base. La caracterización electroquímica mostró que la presencia de PMS y RhB en el electrolito (Na2SO4) reduce la densidad de corriente. Esto se atribuye a la fuerte interacción del PMS con el electrodo, que limita la formación de especies radicalarias, y a la competencia entre PMS y RhB por los sitios activos en el ánodo, dificultando los procesos de transferencia de carga.

El estudio concluye que los ánodos de CoFe2O4 son prometedores para aplicaciones en electroquímica ambiental, especialmente en la degradación de contaminantes orgánicos. Los ánodos dopados con aluminio o manganeso podrían ser útiles en otras aplicaciones electroquímicas. Destaca la importancia de optimizar la composición y las condiciones de síntesis para mejorar la eficiencia, además de ajustar parámetros experimentales clave que afectan las cinéticas de degradación.