Procédés de transfert-réaction de composés odorants sur tissus de carbone activé

par Louis-Marie Le Leuch

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur. Génie des procédés

Sous la direction de Pierre Le Cloirec.

Soutenue en 2004

à Nantes .


  • Résumé

    Ce travail a pour objet l'étude de procédés de traitement d'air chargé en molécules odorantes par transfert - réaction sur tissus de carbone activé. Couramment rencontrés en traitement d'odeurs, le sulfure d'hydrogène, l'ammoniac et l'acide acétique ont été choisis comme molécules modèles. Une caractérisation physico-chimique des tissus de carbone activé (TCA) montre une structure microporeuse permettant de développer une surface spécifique importante. De plus la surface de ces matériaux présente des propriétés chimiques particulières (pH de surface, groupements oxygénés) pouvant être le siège de réactions d'oxydation catalytique. Des données cinétiques et d'équilibres sont générées en réacteur discontinu. Différents paramètre tels que le taux d'humidité, les propriétés structurales et chimiques de surface des adsorbants ont été étudiés. Les données générées montrent que l'H2S adsorbé subit une réaction d'oxydation à la surface du matériau. La quantification des sous-produits de réaction a permis d'identifier les mécanismes mis en jeu, et a révélé un taux de conversion élevé en soufre élémentaire. De plus, le rôle auto-catalytique du soufre formé par la réaction d'oxydation d'H2S a été mis en évidence. Les capacités d'élimination ont été augmentées par imprégnation des tissus par des catalyseurs métalliques. Deux voies d'imprégnation ont été explorées : l'imprégnation par voie humide et l'électrodéposition. Dans les deux cas, de meilleurs résultats en terme de capacités de traitement sont obtenus. Néanmoins, ils dépendent de la nature du métal utilisé, de la quantité imprégnée et de l'activation thermique. L'étude en système dynamique a été réalisée en configuration plane au travers de mesures de pertes de charge et de capacités de traitement. Ces données ont mis en évidence les faibles épaisseurs critiques des tissus comparées à celle des grains. De plus, ces résultats ont permis de concevoir et dimensionner des mises en œuvre plus complexes, sous forme de filtres cylindriques enroulés et plissés, ainsi qu'une configuration de type tangentielle. L'ensemble de ces résultats montre d'intéressantes possibilités d'utilisations des tissus de carbone activé dans lr traitement d'effluents odorants.


  • Résumé

    This work deals with odorous air treatments by transfer reaction onto activated carbon fiber cloth. Frequently met in odor treatment, hydrogen sulfide, ammonia and acetic acid were used as odorous-type molecules. A physicochemical characterization of activated carbon fabrics shows a microporous structure making it to develop an important specific surface. Moreover, surface of these materials presents particular chemical properties (pH of surface, oxygenated groups) being able to develop catalytic oxidation reactions. Kinetic data and isotherms curves are generated out of discontinuous batch reactor. Different parameters such as the water content, structural and chemical properties of the adsorbents surface were studied. The experimental data show that adsorbed H2S is oxidized at the material surface. The quantification of the reaction by-products made it possible to identify the oxidation mechanisms and reveals a high rate of conversion of H2S into elemental sulfur. Moreover the autocatalytic role of the sulfur formed by the oxidation reaction was highlighted. Thus, the elimination capacities are increased by metal catalysts. Two impregnation ways are explored: the incipient wetness impregnation and the electrodeposition. In both case, best results in terms of treatment capacities were obtained. Nevertheless, they depend on the metal catalyst nature, the impregnation rate and the thermal activation. The study in dynamic system was performed in plane configuration by the way of pressure drops and treatments capacities measurements. These data highlight the low thickness of fabric to be used compared to granular activated carbon. Moreover, these results made it possible to conceive and dimension more complex settings, in the form of rolled up and folded cylindrical filters, as well as a tangential filter configuration. These data show that the activated carbon fiber cloth is very promising for odors molecules treatments.

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Informations

  • Détails : 210 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitre

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  • Cote : 2004 NANT 2042
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  • Cote : TH 2049
  • Bibliothèque : Ecole nationale supérieure des techniques industrielles et des mines. Centre de documentation.
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