Les procédés d'oxydation avancée électrochimique pour l'élimination des contaminants organiques émergents avec cathode en feutre de carbone modifiée au graphène

Electrochemical advanced oxidation processes for emerging organic contaminants removal with graphene-based modified carbon felt electrode

• Auteur / Autrice : Weilu Yang
• Direction : Mehmet Ali Oturan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Techniques de l'Environnement
• Date : Soutenance le 17/06/2019
• Etablissement(s) : Paris Est en cotutelle avec Nankai da xue -- Zhongguo Tianjin
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géomatériaux et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne) - Laboratoire Géomatériaux et Environnement / LGE
• Jury : Président / Présidente : Ignacio Sirés
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mehmet Ali Oturan, Xinhua Qi, Minghua Zhou, Nihal Oturan, Can Wang
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xinhua Qi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydroxyle

Graphène

Contaminants d'intérêt émergent dans l'eau

Oxydation électrochimique

Mots clés libres

Graphene

Électro - Fenton

Dopage à l'azote

Oxydation électrochimique

Contaminants organiques émergents

Efficacité énergétique

Graphene

Electro-Fenton

Nitrogen-Doping

In-Situ metal-Free electrochemical advanced oxidation

Emerging organic contaminants

Cost effectiveness

Résumé

Grâce au développement continu de technologies d'analyse environnementale, certains produits chimiques, qui sont reconnus être nocif, ont récemment attiré l'attention, puisqu'ils constituent un menace pour l'environnement et la santé publique.Parmi ces polluants émergent, les produits pharmaceutiques et de soins personnels (PPSP)sont devenus le cibles dela recherche internationale. La chine est le plus grand producteur et le marché des médicaments dans le monde. Avec le développement de l'économie sociale et l'amélioration du niveau de vie de la population, de la production et de l'utilisation de divers PPSP présents en chine augmente rapidement. Par comparaison avec les polluants classiques, ces contaminants émergents sont généralement difficiles à analyser en raison de la limitation de technologies analytiques et de sa faible concentration dans les eaux naturelles.Les usines traditionnelles de traitement des eaux usées ne peuvent pas éliminer efficacement ces produits. La recherche sur l'évaluation des risques et le contrôle des nouveaux contaminants émergents, en chine constitue actuellement un grand défi. Il est donc essentiel de renforcer la recherche sur l'évaluation des risques pour l'environnement et les technologies de traitement efficaces pour éliminer ces polluants émergents. Les procédés d'oxydation avancée (POA) constituent une technologie de traitement efficace et ont été largement utilisés dans le traitement des polluants organiques réfractaires tels que les la destruction des contaminants émergents en milieu aqueux à cause de leur forte pouvoir d'oxydation permettant une minéralisation in situ des polluants. Le graphite, comme un nouveau type de matériau carbone adsorbant, est devenue un matériau d'électrode pour le traitement de la pollution due à son excellente conductivité et surface spécifique très élevée. Toutefois, son application dans les AOPs n'a pas été largement étudié et le mécanisme d'oxydation n'a pas été expliquée de manière systématique. Par conséquent, ce travail présent une étude détaillée sur le rôle des électrodes graphite modifiées dans les procédés électrochimiques d'oxydation avancée (PEOA) avec la préparation électrochimique des électrodes modifiées au graphène par exfoliation, et leur application dans le PEOA "électro-Fenton" (EF) pour le traitement des contaminants émergents. Ainsi le cathode en feutre de carbone modifiée au graphène a permis de d'éliminer différents contaminants émergents sans utilisation d'ions ferreux (catalyseur du procédé électro-Fenton) car les radicaux hydroxyles sont générés à travers d'un procédure catalytique grâce à la dopage du graphène à l'azote. Ensuite les cinétiques de dégradation et de minéralisation ainsi que les mécanismes d'oxydation de différents contaminants émergents ont été explorées.

In recent years, with the continuous development of environmental analysis technologies, some chemicals, which have long been recognized but recently attracted attention, have been continuously entering the environment and threatening human health and ecological environment. The emergence of these new pollutants have attracted wide attention. Among them, pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) have become international research hotspots. China is the largest medicine producer and market in the world. With the development of social economy and the improvement of people's living standards, the production and use of various PPCPs in China are increasing rapidly. Compared with the traditional pollutants, the new emerging contaminants are generally difficult to be analyzed due to the limitation of analytical technologies and its low concentration in water. The traditional sewage treatment plants can not achieve efficient degradation and removal effects. The research on risk assessment and control of new emerging contaminants in China is still a big challenge. It is necessary to strengthen the research on potential environmental risk assessment and efficient treatment technology. Advanced oxidation processes (AOPs), as an efficient pollutant treatment technology, has been widely used in the treatment of refractory organic pollutants such as new emerging contaminants in water because of its strong oxidation ability, which can effectively degrade and mineralize pollutants in water. Graphene, as a new type of carbon material, has become an efficient adsorbent and catalyst for pollution treatment due to its excellent conductivity and high specific surface area. However, its application in AOPs has not been widely reported and its mechanism has not been systematically explained. Based on this, this paper studied the role of graphene modified electrodes in electrochemical advanced oxidation processes (EAOPs) with the preparation of graphene by electrochemical exfoliation, application of graphene modified electrodes to electrochemical Fenton (EF) process for the degradation of new emerging contaminants; the construction of in-situ iron-free EAOPs with cathodes modified with nitrogen-doped graphene for abatement of new emerging contaminants and the mechanism of highly efficient catalysis with nitrogen-doped graphene have been explored.