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This work focuses on increasing the TRL of electro-ozonizer technology by evaluating the effect of electrolyte composition and operation conditions on the production of ozone, using an actual commercial cell, CONDIAPURE®, in conditions similar to what could be expected in a real application. Not only is attention paid to the changes in the concentration of ozone in the liquid phase, but also to those observed in the gas phase. The electrolyte and its recirculation flowrate, as well as operation temperatures and pressures are found to have significant influence on production rates. The most efficient way to produce ozone is operating at low temperatures and high pressures. In this work, 0.25 and 0.21 mg O3/min were obtained operating at 10 A in electrolytes consisting of aqueous solutions of perchloric and sulfuric acid, respectively, in tests carried out at 13 °C and 2 bars of gauge pressure. The negative effect of scavengers that appear electrochemically along the production of ozone is very important and seems to be partially compensated when organics are present in the solution due to the competition between the reaction of these scavengers with ozone or organics., Este trabajo se enfoca en incrementar el TRL de la tecnología de electro-ozonizadores mediante la evaluación del efecto de la composición del electrolito y las condiciones de operación en la producción de ozono, utilizando una celda comercial real, CONDIAPURE®, en condiciones similares a las que se podrían esperar en una aplicación real. No solo se presta atención a los cambios en la concentración de ozono en la fase líquida, sino también a los observados en la fase gaseosa. Se ha encontrado que el electrolito y su caudal de recirculación, así como las temperaturas y presiones de operación tienen una influencia significativa en las tasas de producción. La forma más eficiente de producir ozono es operando a bajas temperaturas y altas presiones. En este trabajo, 0.25 y 0.21 mg O 3/min operando a 10 A en electrolitos consistentes en soluciones acuosas de ácido perclórico y sulfúrico, respectivamente, en ensayos realizados a 13 °C y 2 bares de presión manométrica. El efecto negativo de los secuestrantes que aparecen electroquímicamente a lo largo de la producción de ozono es muy importante y parece ser parcialmente compensado cuando los orgánicos están presentes en la solución debido a la competencia entre la reacción de estos secuestrantes con el ozono o los orgánicos.

This work focuses on the comparison of the degradation and mineralization of clopyralid with electrochemically produced hydrogen peroxide (electro-H2O2), ozone (electro-ozonation) and their mixture (electro-peroxone) and points out important differences among the performance of the oxidation technologies. Co-existence of electrochemically produced hydrogen peroxide and ozone decreases the concentration of ozone and increases the concentration of hydrogen peroxide in the bulk, because of the formation and recombination of hydroxyl radicals. Oxidation of clopyralid and mineralization of the wastewater is less efficient with hydrogen peroxide and more efficient with ozone. Peroxone shows an intermediate performance which can be related with the oxidant’s speciation produced in the wastewater. Different behavior between in situ electrochemically produced ozone and ozone dosed, indicates activation of ozone in the electrolyte during the electro-ozonation process. Results highlights the good performance of the simple electro-ozonation that overcomes other EAOPs and indicates than combination of powerful oxidants in this case does not result in the expected synergism but in antagonistic responses., Este trabajo se centra en la comparación de la degradación y mineralización de la clopiralida con peróxido de hidrógeno producido electroquímicamente (electro-H 2 O 2 ), ozono (electro-ozonización) y su mezcla (electro-peroxona) y señala diferencias importantes entre el rendimiento de Las tecnologías de oxidación. La coexistencia de peróxido de hidrógeno y ozono producidos electroquímicamente disminuye la concentración de ozono y aumenta la concentración de peróxido de hidrógeno a granel, debido a la formación y recombinación de radicales hidroxilo.. La oxidación de clopiralida y la mineralización de las aguas residuales es menos eficiente con peróxido de hidrógeno y más eficiente con ozono. La peroxona muestra un comportamiento intermedio que se puede relacionar con la especiación del oxidante producido en las aguas residuales. El diferente comportamiento entre el ozono producido electroquímicamente in situ y el ozono dosificado, indica la activación del ozono en el electrolito durante el proceso de electro-ozonización. Los resultados destacan el buen desempeño de la electro-ozonización simple que supera a otros EAOP e indica que la combinación de potentes oxidantes en este caso no da como resultado el sinergismo esperado sino respuestas antagónicas.

This work focuses on the scale-up of electro-ozonizers by evaluating the production of ozone and the degradation of clopyralid synthetic wastes using three commercial PEM electrolyzers. The mechanical concept of the three cells is similar: a single compartment cell equipped with a MEA (consisting of a polymer exchange membrane and two pressed diamond coatings electrodes), powered with monopolar electric connection and where water flows on the surface of the electrodes, although the main electrolyte is the Nafion proton exchange membrane. However, their size and recommended operating conditions are not as similar, and their comparison becomes a good scaleup case study. The CabECO® cell consists of 2 MEAs with a total surface area of 24 cm2, a maximum operating current density of 2. 0A. The Mikrozom® cell consists of only one MEA with a net surface electrodic area of 112 mm2 and a maximum operation current density of 1.0 A. Finally, the CONDIAPURE® cell consists of a single MEA with a total surface area of 146 cm2 and a maximum operation current density of 10.0 A. The performance under mild and extreme operating conditions was compared and the results show that, although the cell concept is similar, the results obtained differ very significantly. The three PEM electrolyzers tested can produce ozone efficiently and mineralize completely clopyralid. The only intermediates measured come from the cathodic hydrodechlorination of clopyralid and oxidative intermediates were only detected at trace concentrations. CabECO® cell demonstrates an outstanding performance with very high current efficiencies in the production of ozone. However, the highest mineralization efficiencies are obtained with the Microzon®, which, although it is the PEM electrolyzer with the smallest active area, is the most efficient because can reach high ozone concentrations and achieve the best clopyralid mineralization. Efficiencies as high as 0.47 mg O3 Wh−1 can be obtained with this cell. Slightly lower values are reached by the CabECO® cell (0.38 mg O3 Wh−1). Enlarging electrode surface area does not seem to be a good strategy from the viewpoint of efficiency and it seems to promote side reactions that compete with ozone production and with the degradation of organics. This means that stacking rather than electrode enlarging should be the strategy more advisable for scaling up the electro-ozonation technology., Este trabajo se centra en la ampliación de los electro-ozonizadores mediante la evaluación de la producción de ozono y la degradación de los desechos sintéticos de clopiralida utilizando tres electrolizadores PEM comerciales. El concepto mecánico de las tres celdas es similar: una celda de un solo compartimiento equipada con un MEA (compuesto por una membrana de intercambio de polímero y dos electrodos de revestimiento de diamante prensado), alimentada con conexión eléctrica monopolar y donde el agua fluye en la superficie de los electrodos, aunque el electrolito principal es la membrana de intercambio de protones Nafion. Sin embargo, su tamaño y las condiciones operativas recomendadas no son tan similares, y su comparación se convierte en un buen caso de estudio de ampliación. La celda CabECO® consta de 2 MEA con una superficie total de 24 cm 2, una densidad de corriente operativa máxima de 2. 0A. La celda Mikrozom® consta de un solo MEA con un área superficial neta de electrodos de 112 mm 2 y una densidad de corriente máxima de operación de 1,0 A. Finalmente, la celda CONDIAPURE® consta de un solo MEA con un área superficial total de 146 cm 2y una densidad de corriente máxima de operación de 10.0 A. Se comparó el desempeño en condiciones de operación suaves y extremas y los resultados muestran que, aunque el concepto de celda es similar, los resultados obtenidos difieren muy significativamente. Los tres electrolizadores PEM probados pueden producir ozono de manera eficiente y mineralizar completamente la clopiralida. Los únicos intermedios medidos provienen de la hidrodecloración catódica de clopiralida y los intermedios oxidativos solo se detectaron en concentraciones mínimas. La celda CabECO® demuestra un desempeño sobresaliente con eficiencias de corriente muy altas en la producción de ozono. Sin embargo, las mayores eficiencias de mineralización se obtienen con el Microzon® que, si bien es el electrolizador PEM con menor área activa, es el más eficiente porque puede alcanzar altas concentraciones de ozono y lograr la mejor mineralización de clopiralida. Eficiencias de hasta 0,47 mg OCon esta celda se pueden obtener 3 Wh −1 . La celda CabECO® alcanza valores ligeramente inferiores (0,38 mg O 3 Wh −1 ). Ampliar el área de la superficie del electrodo no parece ser una buena estrategia desde el punto de vista de la eficiencia y parece promover reacciones secundarias que compiten con la producción de ozono y con la degradación de compuestos orgánicos. Esto significa que el apilamiento en lugar de la ampliación de electrodos debería ser la estrategia más recomendable para escalar la tecnología de electro-ozonización.