Oxydation sonocatalytique de composés organiques

par Nathalie Navarro

Thèse de doctorat en Chimie séparative matériaux et procédés

Sous la direction de Sergueï Nikitenko.

Soutenue le 20-11-2012

à Montpellier 2 , dans le cadre de Sciences Chimiques (Montpellier ; École Doctorale ; ...-2014) , en partenariat avec Institut de Chimie Séparative de Marcoule (laboratoire) .


  • Résumé

    Contrairement aux effluents aqueux issus du procédé PUREX, les effluents issus des procédés de séparation poussée actuellement en développement pour séparer les actinides mineurs contiennent des réactifs organiques en quantité importante. Afin de minimiser l'impact de ces composés sur les étapes en aval du procédé et pour respecter les normes de rejet, la destruction de ces composés est indispensable. De par des conditions opératoires et de sûreté adaptées au domaine du nucléaire, la voie sonochimique apparaît comme une solution très prometteuse pour l'élimination des espèces organiques. La propagation d'une onde ultrasonore dans un milieu liquide se traduit par l'apparition de bulles de cavitation qui vont croître et imploser, engendrant ainsi des conditions locales de température et pression extrêmes. Chaque bulle de cavitation peut être alors considérée comme un microréacteur à haute température et haute pression capable de détruire, sans ajout de réactifs spécifiques, les molécules organiques. Les premières études portant sur l'influence de la fréquence ultrasonore sur la sonolyse et la sonoluminescence de l'acide formique ont montré que la dégradation de l'acide formique se déroule à l'interface liquide/bulle quelle que soit la fréquence ultrasonore. La différence notable entre les ultrasons basse et haute fréquence réside principalement dans l'initiation de réactions secondaires observées seulement entre 200 et 1057 kHz. Malgré une activité sonochimique bien plus importante à haute fréquence, l'utilisation des ultrasons seuls pour traiter les effluents issus des procédés de séparation avancée ne peut être envisagée de par la concentration élevée en acides carboxyliques. Afin d'augmenter l'efficacité des réactions sonochimiques, l'ajout de catalyseurs à base de platine supporté a donc été étudié. Dans ces conditions, il s'avère que le couplage ultrasons/catalyseurs permet une augmentation considérable des cinétiques de dégradation des acides carboxyliques.

  • Titre traduit

    Sonocatalytic oxidation of organic compounds


  • Résumé

    Unlike aqueous effluents from the PUREX process, aqueous effluents from advanced separation processes developed to separate the minor actinides (Am, Cm) contain organic reagents in large amounts. To minimize the impact of these organic compounds on the next steps of the process, and to respect standard discharges, it is necessary to develop new techniques of degradation of organic compounds. Sonochemistry appears as a very promising solution to eliminate organic species in aqueous nuclear effluents. Indeed, the propagation of an ultrasonic wave in a liquid medium induces the appearance of cavitation bubbles which will quickly grow and implode, causing local conditions and extreme temperatures and pressures. Each cavitation bubble can then be considered as a microreactor at high temperature and high pressure able to destroy organic molecules without the addition of specific reagents. The first studies on the effect of ultrasonic frequency on sonoluminescence and sonolysis of formic acid have shown that the degradation of formic acid occurs at the bubble/liquid interface. The most striking difference between low-frequency and high-frequency ultrasound is that the sonolysis of HCOOH at high ultrasonic frequencies initiates secondary reactions not observed at 20 kHz. However, despite a much higher sonochemical activity at high frequency, highly concentrated carboxylic acids in the aqueous effluents from advanced separation processes cannot be destroyed by ultrasound alone. To increase the efficiency of sonochemical reactions, the addition of supported platinum catalysts has been studied. In these conditions, an increase of the kinetics of destruction of carboxylic acids such as oxalic acid is observed.

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