Kinetic Modeling of the Anodic Degradation of Ni-EDTA Complexes: Insights into the Reaction Mechanism and Products

乙二胺四乙酸 化学 阳极 电化学 甲酸 降级(电信) 醋酸 无机化学 硫酸 反应机理 氧化还原 螯合作用 催化作用 有机化学 电极 物理化学 电信 计算机科学
作者
Yuyang Sun,Shikha Garg,Changyong Zhang,Boyue Lian,T. David Waite
出处
期刊:ACS ES&T engineering [American Chemical Society]
卷期号:4 (1): 105-114 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsestengg.2c00356
摘要

In this study, an electrochemical advanced oxidation process (EAOP) was employed to effectively degrade complexes of nickel and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) present in electroless nickel plating wastewaters. Our results show that Ni-EDTA complexes can be effectively degraded by an EAOP with degradation of the complexes occurring at/near the anode surface via interaction with hydroxyl radicals generated on water splitting. Our results further show that the rate of Ni-EDTA degradation is not a function of the rate of any particular chemical reaction but, rather, is controlled by the rate of transport of Ni-EDTA to the anode surface. The oxidation of EDTA to smaller noncomplexing entities releases Ni2+, which is subsequently deposited onto the cathode as Ni0. While complete Ni-EDTA removal and Ni recovery are achieved within 2 h, the overall TOC removal by EAOP is limited, with only 50% TOC removal achieved after 2 h of treatment. The low affinity of small molecular weight EDTA degradation products (such as formic acid, glycine, oxamic acid, and acetic acid) for the anode surface limits oxidation of these compounds and overall TOC removal by the anodic oxidation process. We have developed a mathematical kinetic model that satisfactorily describes Ni-EDTA removal, Ni recovery, and TOC removal over a range of Ni and EDTA concentrations and provides a good description of the oxidation of various EDTA degradation intermediates. The mathematical model developed here, when coupled with the hydrodynamics of the electrochemical cell using a computational fluid dynamics tool, can assist in both cell design and the selection of operating parameters such that the performance of the EAOP process for Ni-EDTA degradation and TOC removal is optimized.
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