Étude de la dégradation photocatalytique d'une solution aqueuse de 2-chlorophénol en présence de particules d'oxyde de titane anatase

par Lynda Rideh

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de André Zoulalian.

Soutenue en 1997

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .

Le président du jury était Jean Léon Houzelot.

Les rapporteurs étaient Pierre Pichat, Charles Tanielan.


  • Résumé

    Compte tenu de l'échec relatif des méthodes conventionnelles de traitement des eaux vis à vis de certains polluants, ce travail constitue une nouvelle contribution d'un traitement par photocatalyse. La destruction du 2-chlorophénol par le système UV/TiO2/O2 est étudiée, à l'échelle du laboratoire, dans un réacteur à recirculation du type immersion, équipé d'une lampe à vapeur de mercure à moyenne pression. Les caractéristiques du transfert gaz-liquide du réacteur mécaniquement agité sont déterminées pour l'oxygène. On évalue, dans les conditions expérimentales de la réaction de photodégradation, le coefficient de transfert volumique de l'oxygène. Les résultats montrent que la diffusion de l'oxygène à travers l'interface gaz-liquide ne limite pas la vitesse de réaction. L’étude de l'adsorption du 2-chlorophénol sur TiO2 en suspension en phase aqueuse montre que l'adsorption est bien représentée par l'isotherme de Langmuir et la cinétique d'adsorption obéit au modèle de Lagergrein. Les résultats de l'étude de l'adsorption de l'oxygène sur TiO2 au moyen d'une méthode de traçage du gaz montrent que l'adsorption est bien représentée par une isotherme de Freundlich. L’analyse quantitative de l'ion chlorure produit au cours de la réaction fournit la preuve de l'oxydation complète du 2-chlorophénol en acide chlorhydrique. L’étude de l'influence de certains paramètres physico-chimiques sur la vitesse de la réaction montre qu'il est avantageux de travailler à haute température et en milieu alcalin. La vitesse de la réaction croit avec la concentration en catalyseur puis se stabilise à une concentration de 0,2 kg. M-3 de TiO2. Elle est une fonction croissante de la concentration initiale en 2-CP puis elle tend vers une valeur limite pour les concentrations initiales élevées. Enfin, elle dépend de la concentration en oxygène dissous et elle varie linéairement avec l'intensité lumineuse absorbée. L’analyse de nos résultats permet de proposer une approche cinétique au moyen de trois modèles, tous basés sur l'attaque du réactif par les radicaux OH. Les résultats expérimentaux présentent un bon accord avec le 3eme modèle basé sur une adsorption compétitive du type Langmuir entre le solvant et le réactif alors que l'adsorption de l'oxygène se fait sur des sites de nature différente et selon une loi du type Freundlich. Ce modèle à l'avantage de justifier la variation de la concentration réduite du 2-CP en fonction du temps et d'exprimer la dépendance de la vitesse envers la concentration en 2-CP, la concentration en oxygène dissous et l'intensité lumineuse absorbée, le paramètre d'adsorption du 2-chlorophénol sur TiO2 étant celui mesuré directement en phase aqueuse. À l'issue de cette étude, deux tentatives d'amélioration des performances de la réaction de photocatalyse sont proposées. L’utilisation des ultrasons d'une part, et de l'ozone, d'autre part associée avec la photocatalyse montre une augmentation significative de la vitesse de la réaction essentiellement en présence d'ultrasons dont l'action est une désagrégation des particules de TiO2. L’action de l'ozone semble surement additionnelle de celle de la photocatalyse.

  • Titre traduit

    Study of photocatalytic degradation of aqueous solution of 2-chlorophenol in presence of anatase titanium dioxide particles


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Informations

  • Détails : 1 vol. (197 p.)
  • Annexes : 161 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
  • Disponible pour le PEB
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