Authors: Shilpa Sonar
Source:  (preprint, 2021-01-01)
Field: Materials Science — Materials Chemistry

Abatement of toluene through storage-regeneration sequential process : application of thermal and plasma assisted catalytic regeneration Le toluène est un composé organique volatil (COV) toxique présent dans les environnements intérieurs et extérieurs. La dépollution du toluène se fait généralement par adsorption ou oxydation catalytique. Dans ce dernier cas, le toluène est converti en CO2 et H2O, mais des espèces toxiques peuvent s'accumuler sur les catalyseurs, provoquant leur empoisonnement, leur désactivation et leur frittage. Pour surmonter ces inconvénients, nous proposons des procédés hybrides innovants de "stockage-régénération". Il s’agit de procédés séquentiels basés l’adsorption suivie de l'oxydation catalytique activée soit thermiquement (ATC) ou par un plasma (APC). Ces procédés sont divisés en deux étapes : "L'étape de stockage où le toluène gazeux est adsorbé sur la surface du matériau et l'étape d'oxydation où le toluène adsorbé est converti catalytiquement en CO2 et H2O dans un environnement thermique ou plasma. Le processus ATC a été testé sur de l'hopcalite commerciale (CuMnOx), de la Cérine-NR et de l'UiO-66-SO3H. L'hopcalite se distingue des autres par sa grande capacité d'adsorption "utile" et ses propriétés redox, permettant une activité et une sélectivité en CO2 élevées dans l'oxydation du toluène. Dans le procédé APC, la morphologie de la poudre et le manque d'effet de synergie dans la Cérine-NR et l'UiO-66-SO3H ne permettent pas de générer un plasma stable. Ainsi, seule l'Hopcalite a été étudiée de manière approfondie en APC. Il est observé que l'activité d'oxydation du toluène adsorbé est significativement affectée par les variables du procédé. La stabilité du matériau a été étudiée dans les deux cas au moyen de différentes techniques de caractérisation et il a été confirmé que les matériaux Hopcalite sont très stables. L'activité catalytique a été améliorée par l'imprégnation d'une phase active telle que l'argent, ce qui a conduit à une augmentation de la sélectivité et du rendement en CO2 avec une charge d'argent très faible, tant dans l'ATC que dans l'APC. Un examen approfondi du matériau a révélé qu'un bon équilibre entre la capacité d'adsorption et l'activité catalytique (Cu2+,3+ et Mn3+,4+) est nécessaire. De plus, le coût énergétique de l'APC se situe dans une fourchette acceptable (11.6 kWh-m-3), ce qui signifie qu'avec une optimisation supplémentaire des différents paramètres expérimentaux, il peut être facilement mis à l'échelle de manière rentable. L'ATC et l'APC permettent tous deux d'atteindre une efficacité de réduction du toluène et de conversion en CO2 supérieure à 95 % au premier passage et à 75 % pour les matériaux stabilisés. Ces résultats montrent que les deux procédés ATC et APC pourraient être des procédés prometteurs de réduction du toluène, efficaces sur le plan énergétique, et ouvrent la voie à de nouveaux développements et à une mise à l'échelle. Regeneration (biology) ; Toluene ; Nonthermal plasma ; Process (computing) ; Catalysis ; Chemistry ; Plasma ; Chemical engineering ; Waste management ; Computer science ; Engineering ; Organic chemistry ; Cell biology ; Biology ; Physics ; Operating system Catalytic Processes in Materials Science