On the way to raising the technology readiness level of diamond electrolysis

Abstract

During the last decades, hundreds of scientific papers have focused on the use of anodes consisting of conductive diamond coatings, pointing out their outstanding capacity for the mineralization of organic pollutants contained in wastewater. Most of the works consist of the evaluation of the removal of different types of organics, with concentrations ranging from a few micrograms up to several grams per liter, in different matrices, from synthetic solutions containing large concentrations of sulfate or chloride to real wastewater. However, the technology readiness level has been stagnant in the lab at levels 4–5 and, because of the promising results published, there is a need to raise the readiness levels to values that indicate the full-scale applicability. In this review, two of the main challenges that need to be overcome to reach higher readiness levels are reviewed. The first is the improvement in the formulation of the doped diamond coatings targeting to be tailored for dedicated applications. Its significance is explained in terms of the high influence of these anodic surfaces on the efficiencies of the degradation of complex anthropogenic organics and, overall, on the efficient production of oxidants, that extend the oxidation of pollutants from the nearness of the anode surface to the bulk of the wastewater during electrolysis. The second advantage is the improvement in the design of the electrochemical cell that integrates the diamond anode, trying to take advantage of the outstanding properties of the diamond not only by improving the mass transport rates but also by optimizing the combination of its very efficient oxidation paths with other non-electrochemical oxidation mechanisms.

Durante las últimas décadas, cientos de trabajos científicos se han centrado en el uso de ánodos constituidos por recubrimientos de diamante conductor , señalando su destacada capacidad para la mineralización de contaminantes orgánicos contenidos en las aguas residuales . La mayoría de los trabajos consisten en la evaluación de la eliminación de diferentes tipos de compuestos orgánicos, con concentraciones que van desde unos pocos microgramos hasta varios gramos por litro, en diferentes matrices, desde soluciones sintéticas con grandes concentraciones de sulfato o cloruro hasta aguas residuales reales . Sin embargo, el nivel de preparación tecnológicase ha estancado en el laboratorio en los niveles 4 y 5 y, debido a los prometedores resultados publicados, existe la necesidad de elevar los niveles de preparación a valores que indiquen la aplicabilidad a gran escala. En esta revisión, se revisan dos de los principales desafíos que deben superarse para alcanzar niveles más altos de preparación. El primero es la mejora en la formulación de los recubrimientos de diamante dopados con el objetivo de adaptarse a aplicaciones específicas. Su importancia se explica en términos de la alta influencia de estas superficies anódicas en las eficiencias de degradación de compuestos orgánicos antropogénicos complejos y, en general, en la producción eficiente de oxidantes, que prolongan la oxidación de contaminantes de la proximidad de la superficie del ánodo .a la mayor parte de las aguas residuales durante la electrólisis. La segunda ventaja es la mejora en el diseño de la celda electroquímicaque integra el ánodo de diamante, tratando de aprovechar las destacadas propiedades del diamante no solo mejorando las tasas de transporte de masa sino también optimizando la combinación de sus muy eficientes vías de oxidación. con otros mecanismos de oxidación no electroquímicos.