Authors: Intissar Gasmi
Source: SPIRE - Sciences Po Institutional REpository (preprint, 2022-11-28)
Field: Materials Science — Materials Chemistry

Contrôle paramétrique et intensification de la dégradation des polluants émergents en phase aqueuse par Sonochimie, Galvano-Fenton et Sono-Galvano-Fenton Le présent travail de thèse vise à étudier la dégradation de micropolluants dans l’eau par des procédés d’oxydation avancés, à savoir la Sonochimie, Le procédé Galvano-Fenton et l’éventualité de leur combinaison. Le furosémide (FSM), molécule médicamenteuse, a été choisi comme micropolluant modèle pour la dégradation sonochimique dans un sono-réacteur fonctionnant à 3 fréquences (585, 860et 1140 kHz) sous puissance acoustique variable. Ce sono-réacteur a été caractérisé par des méthodes calorimétriques, pH-métriques, conductimétriques et par dosimétrie à l’acide ascorbique. Une production maximale de radicaux HO● a été obtenue en adoptant une fréquence de 585 kHz et une intensité acoustique de 4,3 W.cm-2. L'influence de plusieurs paramètres de fonctionnement sur la dégradation sonochimique du FSM introduit à une concentration de 10 mg/L a été examinée. Les résultats obtenus ont démontré que la vitesse de dégradation du FSM augmente significativement avec l'augmentation de l'intensité acoustique dans l’intervalle 0,83 - 4,3 W.cm-2, et diminue avec l’accroissement de la fréquence dans la plage 585 - 1140 kHz. Il a été également constaté qu’une dégradation plus significative est obtenue dans des conditions acides à pH 2. En termes de gaz saturant, la vitesse initiale de dégradation du FSM diminue dans l'ordre Ar > air > N2. Les essais de piégeage des radicaux HO• à l’alcool tert-butylique et le propanol-2 ont révélé que le radical HO• est le principal responsable de la dégradation des FSM. En complément de ces résultats, les analyses COT ont indiqué qu’en débit de la dégradation totale du FSM au bout de 60 min de sonication, le degré de minéralisation reste limité à un ordre de 20%. Par ailleurs, le vert de Malachite (VM) a été choisi comme micropolluant modèle pour l’étude du procédé d’oxydation avancé breveté Galvano-Fenton (GF), un procédé permettant simultanément la production d'énergie électrique. L'étude des différents paramètres de conception de GF a révélé que l'utilisation du cuivre, comme matériau à faible coût jouant le rôle de la cathode dans le couplage galvanique, fournit les meilleures performances de traitement et de production d'énergie. Cette dernière peut atteindre le seuil de 220 mW.m-2 en augmentant la surface de la cathode de 6 à 36 cm2. Une étude paramétrique a été menée en vue d’optimiser les conditions de dégradation du VM par le procédé GF. Il a été ainsi démontré qu’une dégradation maximale est atteinte pour un pH de 2 à 3, une température de 25 °C, et une concentration de H2O2 de 3 mM. Sous ces conditions, une dégradation totale du VM a été atteinte au bout de 30 minutes, pour une concentration initiale de 10 mg/L. L’étude expérimentale a été complétée par une modélisation numérique permettant de révéler le mécanisme de formation et de consommation des radicaux libres, et de génération et régénération in situ du catalyseur Fe2+, en l’absence de substrat organique et en présence d’un colorant azoïque modèle, à savoir l’acide orange 7 (AO7). La plus forte corrélation avec les résultats expérimentaux, à hauteur 93. 5%, a été obtenue avec le scénario stipulant un mécanisme réactionnel qui compte la réactivité des ions sulfates ainsi que la formation de complexes de fer. Afin d'améliorer le développement d'une nouvelle technique de traitement hybride, il était opportun de réaliser une combinaison des deux procédés qui permettra, d'une part, d'utiliser l'énergie électrique générée lors du couplage galvanique et, d'autre part, de rendre le procédé hybride partiellement, voire complètement autonome en réactif, par la production in situ du réactif H2O2 par la voie sonochimique. Les résultats préliminaires ont révélé les mécanismes d’action des ultrasons dans le procédé hybride, différentes configurations ont été mises au point en fonction de l’effet visé. Sonochemistry ; Degradation (telecommunications) ; Pollutant ; Aqueous solution ; Parametric statistics ; Phase (matter) ; Aqueous two-phase system ; Materials science ; Chemistry ; Environmental engineering ; Environmental science ; Engineering ; Mathematics ; Electronic engineering ; Statistics ; Physical chemistry ; Organic chemistry Ultrasound and Cavitation Phenomena