Les procédés d’oxydations avancées (POAs)

Table des matières

Introduction Générale
Partie A. La qualité de l’eau et les techniques avancées de traitement : cas spécifique de la photocatalyse hétérogène sur les matériaux composites CA-TiO2
A.1 Introduction
A.2 Pollution des eaux et enjeux socioéconomiques et environnementales
A.2.1 L’eau : une ressource naturelle à protéger
A.2.2 Les différents types de pollution
A.2.2.1 Pollution microbiologique
A.2.2.2 Pollution chimique.
A.2.3 Les polluants biorécalcitrants émergents dans le contexte socioéconomique de l’Afrique subsaharienne
A.3 Méthodes de dépollution de l’eau : des procédés conventionnels vers les procédés d’oxydation avancée
A.3.1 Introduction
A.3.2 Elimination de la matière organique par des techniques classiques de dépollution de l’eau
A.3.2.1 Les traitements biologiques
A.3.2.2 Les traitements physiques
A.3.2.3 Les traitements chimiques
A.3.2.4 Conclusion partielle
A.3.3 Les procédés d’oxydation avancée
A.3.3.1 Procédés d’oxydation avancée par voie chimique homogène
A.3.3.2 La photocatalyse hétérogène
A.3.4 Le TiO2 en photocatalyse hétérogène
A.3.4.1 Le TiO2 : un matériau « durable » et photoréactif
A.3.4.2 Les contraintes liées à technique de photocatalyse hétérogène sur le TiO2
A.3.4.2.1 La séparation post traitement
A.3.4.2.2 Les phénomènes de recombinaison des charges
A.3.4.2.3 La source de lumière
A.3.4.3 Amélioration des propriétés du TiO2 par dopage avec des éléments chimiques
A.3.4.4 La photocatalyse solaire sur le TiO2
A.3.4.4.1 La ressource solaire
A.3.4.4.2 Les limites de la photocatalyse solaire
A.3.5 Conclusion partielle
A.4 Matériaux CA-TiO2 en photocatalyse hétérogène
A.4.1 Introduction
A.4.2 L’adsorption sur le charbon actif
A.4.2.1 Le principe de l’adsorption
A.4.2.2 Les propriétés des charbons actifs
A.4.2.2.1 La porosité des charbons actifs
A.4.2.2.2 Les fonctions de surface des charbons actifs
A.4.2.3 Synthèse des charbons actifs
A.4.2.3.1 Les matières premières utilisées pour la synthèse des charbons actifs
A.4.2.3.2 Les méthodes et mécanismes de synthèse du charbon actif
A.4.2.4 La régénération des charbons actifs
A.4.2.4.1 La régénération par voie physique
A.4.2.4.2 La régénération microbiologique :
A.4.2.4.3 La régénération par voie chimique
A.4.2.4.4 Concept d’auto-régénération des charbons actifs par photocatalyse
A.4.3 Voies de synthèse des matériaux composites CA-TiO2
A.4.3.1 Les précurseurs de TiO2utilisés pour la synthèse des matériaux CA-TiO2
A.4.3.1.1 Les précurseurs organiques de TiO2
A.4.3.1.2 Les poudres commerciales de TiO2
A.4.3.2 Voies de fixation des nanoparticules de TiO2 sur le charbon actif
A.4.3.2.1 Fixation des nanoparticules TiO2 par voie sol gel
A.4.3.2.2 Fixation des nanoparticules TiO2 par voie de dépôt en phase vapeur
A.4.3.2.3 Infiltration du charbon actif par des suspensions de nanoparticules TiO2
A.4.4 Conclusion partielle
A.5 Modélisation des mécanismes de photocatalyse sur les matériaux CA-TiO2
A.5.1 Modélisation des phénomènes d’adsorption des polluants sur les matériaux poreux
A.5.1.1 Les modèles d’isothermes d’adsorption des polluants sur les matériaux poreux
A.5.1.1.1 Le modèle d’isotherme de Langmuir
A.5.1.1.2 Modèles d’isotherme d’adsorption de Freundlich
A.5.1.2 Les modèles de cinétiques d’adsorption d’un polluant sur un matériau poreux
A.5.2 Les modèles de cinétiques de photodégradation d’un polluant en catalyse hétérogène
A.5.2.1 Le modèle cinétique de Langmuir–Hinshelwood (L-H)
A.5.2.2 Autres modèles de cinétiques de dégradation d’un polluant en catalyse hétérogène
A.5.3 Modèles de couplage des phénomènes d’adsorption et de photodégradation
A.6 Conclusion et objectifs de l’étude
Partie B. Synthèse et caractérisation physico-chimique des catalyseurs CA-TiO2
B.1 Introduction
B.2 Synthèse des charbons actifs
B.2.1 Matériel biologique : les biomasses
B.2.1.1 Les coques de noix de karité
B.2.1.2 Le bois d’eucalyptus
B.2.2 Méthodes de caractérisation des biomasses utilisées pour la synthèse des charbons actifs
B.2.3 Méthodologie expérimentale de synthèse des charbons actifs
B.2.3.1 Imprégnation des biomasses par les agents chimiques activant
B.2.3.2 Pyrolyse des biomasses imprégnées d’agents chimiques activant
B.2.3.3 Variation des paramètres expérimentaux pour la synthèse des charbons actifs : le plan d’expérience
B.2.4 Détermination de la capacité d’adsorption des charbons actifs
B.2.4.1 Détermination de l’indice d’iode des charbons actifs
B.2.4.2 Détermination de l’indice de bleu de méthylène des charbons actifs
B.2.4.3 Détermination de l’indice du phénol des charbons actifs
B.3 Elaboration des matériaux CA-TiO2
B.3.1.1 Caractéristiques du précurseur de TiO2 : le TIP
B.3.1.2 Protocole de fixation du TiO2 sur le CA
B.3.2 Synthèse des matériaux CA-TiO2 par imprégnation du CA avec le sol commercial de TiO2
B.3.2.1 Caractéristiques du précurseur de TiO2 : le sol commercial de TiO2
B.3.2.2 Protocole de fixation du TiO2 sur le CA
B.3.3 Imprégnation directe de la biomasse par le sol commercial de TiO2
B.4 Nomenclature des matériaux hybrides CA-TiO2
B.5 Techniques instrumentales et analytiques de caractérisation du CA et des matériaux hybrides CA-TiO2
B.5.1 La microscopie électronique à balayage
B.5.2 La spectroscopie X à dispersion d’énergie
B.5.3 La diffraction aux rayons X
B.5.4 La spectroscopie à photoélectrons X
B.5.5 La technique d’adsorption désorption à l’azote
B.5.6 L’analyse thermogravimétrique
B.5.7 Détermination des groupes fonctionnels acides et basiques à la surface des CA
B.6 Influence des paramètres de synthèse sur les propriétés d’adsorption des charbons actifs.
B.6.1 Introduction
B.6.2 Composition chimique des biomasses utilisées pour la synthèse des charbons actifs
B.6.3 Statistiques générales de la variation de la capacité d’adsorption dans la « population » des charbons actifs élaborés.
B.6.4 Influence des paramètres quantitatifs sur les propriétés d’adsorption des charbons actifs.
B.6.5 Influence des paramètres qualitatifs sur les propriétés d’adsorption des charbons actifs
B.6.6 Conclusion partielle et choix des charbons actifs
B.7 Caractéristiques physico-chimique des charbons actifs et des matériaux CA-TiO2
B.7.1 Introduction
B.7.2 Caractéristiques physico-chimiques des charbons actifs présélectionnés.
B.7.2.1 Morphologie des surfaces des charbons actifs
B.7.2.2 Texture poreuse des charbons actifs présélectionnés
B.7.2.3 Les fonctions chimiques de surface des charbons actifs présélectionnés
B.7.2.4 Conclusion sur les charbons actifs présélectionnés
B.7.3 Caractéristiques physico-chimiques des matériaux hybrides CA-TiO2
B.7.3.1 Teneur en TiO2 des matériaux CA-TiO2
B.7.3.2 Morphologie des surfaces développées sur les matériaux CA-TiO2
B.7.3.3 Structure cristalline des matériaux CA-TiO2
B.7.3.4 Résultats de l’analyse XPS
B.7.3.5 Structure poreuse des matériaux CA-TiO2 issus des différentes voies de synthèse
B.8 Conclusion
Partie C. Etude des performances des catalyseurs CA-TiO2 : adsorption et photodégradation du phénol en milieu aqueux
C.1 Introduction
C.2 Protocole expérimental
C.2.1 Banc d’expérimentation
C.2.2 Le polluant : le phénol
C.2.3 Mode opératoire des expériences d’adsorption et de photocatalyse.
C.2.3.1 Détermination expérimentale des vitesses d’adsorption et des cinétiques de photocatalyse
C.2.3.1.1 Procédures expérimentales
C.2.3.1.2 Expression des résultats
C.2.3.2 Détermination des isothermes d’adsorption du phénol
C.2.3.3 Evaluation de la stabilité mécanique des matériaux CA-TiO2
C.3 Isothermes d’adsorption
C.3.1 Isothermes des matériaux composites CAT.SX
C.3.1.1 Influence de la teneur en TiO2sur la capacité d’adsorption du phénol
C.3.1.2 Comparaison des capacités d’adsorption du CA et des matériaux composites CAT.SX
C.3.1.3 Modélisation des résultats expérimentaux d’isothermes d’adsorption du phénol
C.3.1.3.1 Expression de l’isotherme d’adsorption réduite à la quantité de charbon actif
C.3.1.4 Conclusion partielle sur les isothermes des matériaux CAT.SX
C.3.2 Isothermes des matériaux CAT.GX
C.3.2.1 Influence de la teneur en TiO2 des matériaux CAT.GX
C.3.2.2 Comparaison des capacités d’adsorption du CA et des matériaux CAT.GX
C.3.2.3 Modélisation des isothermes d’adsorption du phénol par les matériaux CAT.GX
C.3.3 Isothermes des matériaux CAT.SBX
C.3.4 Analyse comparative des isothermes des matériaux composites CA-TiO2de différentes familles
C.3.5 Conclusion partielle
C.4 Profils de cinétiques d’adsorption du phénol par les matériaux CA-TiO2
C.4.1 Cinétiques d’adsorption du CA et des TiO2 purs
C.4.2 Cinétiques d’adsorption des matériaux composites CA-TiO2.
C.5 Activité photocatalytique des matériaux CA-TiO2 : étude comparative
C.5.1 Introduction
C.5.2 Activité photocatalytique des matériaux TiO2 purs
C.5.3 Activité photocatalytique des matériaux CA-TiO2
C.5.3.1 Etude comparative des courbes de cinétiques d’adsorption et de photocatalyse
C.5.3.2 Performance du TiO2 et du matériau composites CA-TiO2 : étude comparative
C.5.3.3 Influence de la voie de synthèse sur l’activité photocatalytique des matériaux composites
C.5.3.4 Influence de la teneur en TiO2sur l’activité photocatalytique des matériaux composites.
C.5.4 Détermination du carbone organique total (COT)
C.5.5 Stabilité mécanique des catalyseurs CA-TiO2
C.6 Conclusion
Partie D. Modélisation de la bifonctionnalité des catalyseurs CAT.SXpourl’élimination du phénol en solution aqueuse : Recyclage et capacité d’auto régénération
D.1 Introduction
D.2 Utilisation des catalyseurs CAT.SX sur plusieurs cycles d’utilisation
D.2.1 Protocole expérimental
D.2.2 Profil cinétique de disparition du phénol sur plusieurs cycles d’utilisation.
D.2.3 Cycles opérés sous irradiation UV alternée
D.2.4 Conclusion partielle
D.3 Modélisation de la cinétique d’élimination du phénol en solution par les catalyseursCAT.SX
D.3.1 Introduction
D.3.2 Modélisation des cinétiques d’élimination du phénol par les catalyseurs CAT.SX
D.3.2.1 Etablissement du modèle
D.3.2.1.1 Modélisation des vitesses de sorption et des conditions d’équilibre.
D.3.2.1.2 Photodégradation du polluant adsorbé
D.3.2.1.3 Détermination des coefficients du modèle kads etα
D.3.2.2 Résultats expérimentaux et simulations
D.3.2.2.1 Simulation sur des matériaux de différentes compositions.
D.3.2.2.2 Simulation des cinétiques de dégradation dans des solutions polluées à différentes concentrations initiales en phénol
D.3.2.2.3 Simulation sur plusieurs cycles
D.3.3 Illustration schématique de l’élimination du phénol par les catalyseurs CAT.SX
D.4 Evaluation technico économique des performances du catalyseur CAT.SX dans une installation de traitement par voie solaire d’une eau polluée par le phénol
D.4.1 Introduction
D.4.2 Critères technico économiques
D.4.2.1 Critères techniques
D.4.2.2 Critères économiques
D.4.3 Analyse comparative de l’utilisation du catalyseur hybride CAT.S25 par rapport aux données de littérature sur l’utilisation du TiO2 pur
D.5 Conclusion
Conclusion générale et Perspectives
Conclusion générale
Perspectives
Références
Liste des Figures
Liste des Tableaux
Abréviations