Dégradation de polluants organiques en phase gaz et en phase aqueuse en présence de matériaux à base d'aluminosilicates par des procédés d'oxydation avancés

par José Gregorio Biomorgi Muzattiz

Thèse de doctorat en Chimie macromoléculaire et supramoléculaire

Sous la direction de Florence Benoît-Marquié.

Soutenue en 2010

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La dépollution de l'air et de l'eau reste un problème crucial pour notre société moderne et bien qu'il existe de nombreux traitements pour l'enrayer, des nombreux problèmes subsistent. Dans ce travail nous avons mis au point de nouveaux traitements pour la dépollution de l'air et de l'eau en utilisant des matériaux fabriqués à partir des aluminosilicates. Dans le cas de la dépollution en phase gazeuse, nous avons traité de l'air pollué par des composés aromatiques (toluène et benzène) et aliphatique (1-butanol) en choisissant des zéolithes comme matériau adsorbant et support de photocatalyseur (TiO2). Les polluants sont adsorbés en continu sur les solides et traités in situ par irradiation UV-V (172 nm) et UV (308 nm), dans un système en dynamique. L'irradiation dans l'UV-V est suffisamment énergétique pour rompre les liaisons carbonées des polluants et aussi pour exciter les matériaux eux-mêmes qui, dès lors interviennent dans la dégradation. Le suivi de la concentration des polluants en phase gazeuse a été effectué en ligne par chromatographie gazeux et par FTIR. Des études physicochimiques réaliser par RMN du solide (RMNss), spectroscopie dispersive de rayons X (EDX), spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS), analyse Brunauer-Emmett-Teller (BET) et spectroscopie de masse (GC-MS) ont permis de mettre en évidence l'implication des supports zéolithiques dans le processus de dégradation sans qu'ils soient eux-mêmes dégrades. Nous avons également comparé l'efficacité des matériaux adsorbants pour la dégradation de composés organiques volatils au cours des procédés photochimiques, suivant la structure chimique du polluant. En ce qui concerne la dépollution de l'eau, nous avons choisi un matériau aluminosilicate de type céramique afin de dégrader des polluants récalcitrants (ex : l'atrazine) par ozonation catalytique. Le choix de ce matériau a été guidé par la capacité des aluminosilicates à produire des radicaux hydroxyle à partir de la décomposition de l'ozone. L'efficacité de ce catalyseur à été étudié par des analyses HPLC et UV et l'activité catalytique a été comparée avec l'acier inoxydable, qui décompose très peu l'ozone. Comme molécule modèle, nous avons utilisé le pCBA, qui réagit très peu avec l'ozone et qui se décompose très vite en présence des *OH.

  • Titre traduit

    Degradation of organic pollutants in gas phase and aqueous phase in presence of aluminosilicates by using the advanced oxidation processes


  • Résumé

    The air and water treatment remains a critical issue for the modern society and even if many treatments process exist, many problems remain unsolved. In this work we have developed a new treatments process for the degradation of Volatile Organic Compounds (VOC's) contained in airstream, by combining the adsorption methods with the photocatalysis at 172 nm (V-UV radiation). In the case of water treatment, we have tested a new catalytic material made from aluminosilicate (ceramic Raschig rings), to be used in the catalytic ozonation. For the study in gas phase, we selected toluene and benzene as aromatic pollutants and 1-butanol as an aliphatic one. The adsorbent chosen were the zeolites (aluminosilciates) and the TiO2 was the photocatalyst used. The experiments were performed in a dynamic system, where the pollutants were continuously flowed and adsorbed on the solid and treated in situ by V-UV (172 nm) and UV (308 nm) radiation. The V-UV radiation has enough energy to break the bonds contained in the organic compounds and also to excite the solids (photocatalyst and adsorbent), which are involved in the degradation process. The concentration of pollutants in the airstream was followed by gas chromatography (GC) and infrared spectroscopy (FTIR). Physicochemical studies were carried out on different solids, as; solid state NMR (RMN-ss), dispersive spectroscopy of X-ray (EDS), photoelectronic spectroscopy of X-ray (XPS), surface analysis (BET) and mass spectrometry (GC-MS) and was possible to conclude that the zeolites have an important role in degradation process of the pollutants. We also studied the performance of the adsorbents in the combined adsorption-photoregeneration process for VOC's treatment, and the efficiency is directly related with the structure of the pollutant. Respecting to the water treatment, we have chosen an aluminosilicate material as a ceramic to degrade recalcitrant pollutants (eg. Atrazine) by catalytic ozonation. The choice of this material has been guided by their ability to produce hydroxyl radicals from ozone decomposition. The efficiency of this material was studied by HPLC and UV analysis and catalytic activity was compared with stainless steel, which does not decomposes the ozone in a significant way. As a model molecule we have used the PCBA, which is quit stable in front of ozone and get decomposed very fast in the presence of *OH.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (225 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 188-225

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2010TOU30017
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