Indirect urea electrooxidation by nickel(III) in alkaline medium: From kinetic and mechanism to reactor modeling - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue AIChE Journal Année : 2023

Indirect urea electrooxidation by nickel(III) in alkaline medium: From kinetic and mechanism to reactor modeling

Electro-oxydation indirecte de l'urée par le nickel(III) en milieu alcalin : De la cinétique et du mécanisme à la modélisation du réacteur

Guillaume Hopsort
Laure Latapie
Karine Loubière

Résumé

This study consists in the determination of two kinetic laws of urea oxidation (UO) and electrooxidation (UEO) in alkaline media on nickel(III). Two kinds of active sites were examined, the first one derived from a Ni(OH)2 powder and the second from a massive nickel electrode. Partial orders of nickel(III) (two for UO and five UEO) enable concluding about i) the urea adsorption on two nickel(III) sites and ii) that a multistep oxidation of urea occurs involving five nickel(III) site electro-regenerations. A multi-pathway mechanism is also proposed to explain UEO facilitated by the nickel(III)/nickel(II) mediation system, and to predict the by-products' formation previously identified (NO2(-), NH3, OCN(-), CO3(2-)). At last, a model combining the UEO kinetic law previously established, with diffusive and convective transport phenomena was developed. A consistent correlation (maximum deviation of 6%) between laboratory electrolysis results with the model's predictions was obtained under different operating conditions, enabling the validation of this model.
Cette étude consiste à déterminer deux lois cinétiques de l'oxydation de l'urée (UO) et de l'électro-oxydation (UEO) en milieu alcalin sur le nickel(III). Deux types de sites actifs ont été examinés, le premier provenant d'une poudre de Ni(OH)2 et le second d'une électrode de nickel massif. Les ordres partiels du nickel(III) (deux pour l'UO et cinq pour l'UEO) permettent de conclure i) à l'adsorption de l'urée sur deux sites de nickel(III) et ii) à une oxydation de l'urée en plusieurs étapes impliquant cinq électrorégénérations de sites de nickel(III). Un mécanisme à voies multiples est également proposé pour expliquer l'oxydation de l'urée facilitée par le système de médiation nickel(III)/nickel(II), et pour prédire la formation des sous-produits précédemment identifiés (NO2(-), NH3, OCN(-), CO3(2-)). Enfin, un modèle combinant la loi cinétique de l'UEO précédemment établie, avec des phénomènes de transport diffusifs et convectifs a été développé. Une corrélation cohérente (écart maximal de 6%) entre les résultats de l'électrolyse en laboratoire et les prédictions du modèle a été obtenue dans différentes conditions d'exploitation, ce qui a permis de valider ce modèle.
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Dates et versions

hal-04100682 , version 1 (18-05-2023)
hal-04100682 , version 2 (22-11-2023)

Identifiants

Citer

Guillaume Hopsort, Laure Latapie, Karine Groenen Serrano, Karine Loubière, Theodore Tzedakis. Indirect urea electrooxidation by nickel(III) in alkaline medium: From kinetic and mechanism to reactor modeling. AIChE Journal, 2023, 69 (9), pp.e18113. ⟨10.1002/aic.18113⟩. ⟨hal-04100682v2⟩
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