Contribution de la photocatalyse à l’élimination des polluants industriels
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Date
2015
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Abstract
Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du développement des procédés photocatalytiques
efficaces, pratiques et économiques pour la dépollution des eaux contenant des polluants
colorants et métalliques en utilisant l’énergie solaire comme source gratuite des photons UV.
Pour cela, nous avons étudié trois procédés distincts :
La première étude a été consacrée à la synthèse et utilisation de montmorillonite-TiO2 (M TiO2) pour l’élimination des colorants et du chrome hexavalent. Quatre échantillons avec
différents rapport de Ti en masse (g/g) ont été préparés par le procédé du pontage (M-Ti(5%),
M-Ti(10%), M-Ti(20%) et M-Ti(30%)). Les matériaux synthétisés ont été caractérisés par
différentes techniques telles que : IRTF, ATD/ATG, BET, MEB-EDS, DRX et XPS. Les
résultats montrent que le TiO2 anatase typique a été bien élaboré au sein des feuillets de la
montmorillonite avec une taille moyenne des cristallites estimée d’environ 20 nm. Nous
avons déterminé le photocatalyseur idéal parmi les échantillons en utilisant le cristal violet
comme polluant. Ensuite, une étude comparative montre que les colorants cationiques subits à
une élimination efficace dans l’ordre suivant : cristal violet (97.1%) > bleu de méthylène
(93.20%) > rhodamine B (79.8 %) > méthyle orange (36.1 %) > rouge congo (22.6 %) sur la
surface de M-Ti(10%). Dans un second lieu, nous nous sommes intéressés à la photoréduction
du Cr(VI) en utilisant le M-Ti(10%) sous irradiations solaires en présence de l’acide tartrique.
L’effet de quelques paramètres opératoires tels que : [acide tartrique], [Cr(VI)], pH, [M Ti(10%)] et la présence des ions inorganiques ( SO4
2− , NO3
− et Cl− ) et métalliques
(Fe3+, Cu2+, Zn2+ et Mn2+) a été réalisé.
Une seconde partie a été dédiée à la préparation et utilisation de TiO2P25-supporté sur des
plaques de verre. La fixation du TiO2P25 sur les plaques de verre a été réalisée par la
déposition d’une suspension TiO2P25/acétone sur les plaques de verre suivi par évaporation et
séchage à 110°C. En premier lieu, les paramètres opératoires influant sur la dégradation du
CV sous irradiations solaires ont été étudiés. D’abord, la performance du TiO2-supporté a été
comparée au procédé classique en suspension aqueuse. Les paramètres ciblés sont [CV],
nombre de plaques du TiO2-supporté, pH et la présence de quelques cations métalliques. En
deuxième lieu, l’étude de la photoréduction du Cr(VI) a été réalisée. L’ajout de quelques
additifs (acide oxalique, EDTA, éthanol, méthanol et acide tartrique) comme agent sacrificiel
a été accompli montrant que l’efficacité de réduction est plus importante avec l’acide
tartrique. L’influence de quelques facteurs à savoir [acide tartrique], pH, [Cr(VI)] et la
présence des ions inorganiques et métalliques a été investiguée. L’étude de la réutilisation du
TiO2P25-supporté pour le CV et le Cr(VI) a montré une stabilité relativement bonne des
particules de TiO2.
Dans la troisième partie, l’élimination simultanée du bleu de méthylène et du chrome
hexavalent a été étudiée par le système couplé TiO2/Fe(III)/solaire. D’abord, la comparaison
entre les processus TiO2/solaire, Fe(III)/solaire et TiO2/Fe(III)/solaire vis-à-vis de
l’élimination seule et en mélange du BM et Cr(VI) montre que uniquement le système couplé
conduit à une élimination simultanée totale. L’étude de l’effet de quelques paramètres sur
l’efficacité de ce processus pour l’élimination simultanée montre que: le rapport de la
concentration Cr(VI)/BM déséquilibre légèrement le processus d’élimination; l’élimination
simultanée totale a été trouvée aux milieux acides (à pH ≤ 2.7); finalement, l’ajout du H2O2
accélère également la cinétique d’élimination simultanée.