Destruction Sonochimique de Perturbateurs Endocriniens du Type Alkylphénol dans l’Eau : Influence des Matrices Minérale et Organique et Modélisation
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Date
2011
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Abstract
L’utilisation des ondes ultrasonores constitue une nouvelle voie pour le traitement des eaux chargées
en composés toxiques et peu biodégradables. Les effets induits par les ultrasons résultent du phénomène de
cavitation, c'est-à-dire la création, l’évolution et l’implosion de bulles au sein du liquide. L’implosion de ces
bulles conduit à la décomposition des molécules vaporisées et à la formation de radicaux libres dans le
milieu.
Le premier objectif de cette thèse a été d’envisager la possibilité d’appliquer les ultrasons pour
l’élimination d’une molécule modèle d’alkylphénol (le 4-cumylphénol (4-CyP)). Pour cela, l’efficacité du
procédé ultrasonore pour l’élimination de cet alkylphénol a été évaluée en utilisant des solutions
synthétiques. L’effet de plusieurs paramètres opératoires tels que la puissance, la fréquence, la concentration
initiale du polluant, le pH, la température, la nature du gaz dissous sur le processus de dégradation
sonochimique a été étudié et discuté. La cinétique de dégradation du 4-CyP est influencée par la fréquence
des ultrasons. La vitesse de décomposition augmente proportionnellement avec la puissance des ultrasons et
la température du milieu. La réaction de dégradation est plus favorable à pH acide. La destruction du 4-CyP
en présence des gaz testés est dans l’ordre suivant : argon > air > azote. La dégradation sonochimique du 4-
CyP est clairement intensifiée en présence des ions bromures et cet effet est plus prononcé lorsque la
concentration en bromure est élevée. A faibles concentrations en 4-CyP, les ions hydrogénocarbonates
améliorent de façon notable la vitesse de dégradation du polluant. Les expériences menées en utilisant une
eau naturelle montrent une nette amélioration de la dégradation du 4-CyP par rapport à celle obtenue dans
l’eau distillée.
L’influence des matrices minérale et organique sur la dégradation sonochimique du perturbateur
endocrinien 4-isopropylphénol (4-IPP) dans l’eau a été évaluée. Les ions hydrogénocarbonates comme
matrice minérale et le saccharose en tant que compétiteur organique sont testés afin d’étudier leur effet sur la
cinétique de dégradation sonochimique du 4-IPP. A faible concentration en 4-IPP, la dégradation
sonochimique est clairement intensifiée en présence des ions hydrogénocarbonates. Cette intensification est
due à la production du radical carbonate formé via la réaction du radical hydroxyle avec l’ion
hydrogénocarbonate. La dégradation sonochimique du 4-IPP à faible concentration n’est pas affectée en
présence d’un large excès de saccharose. En revanche, en présence des ions hydrogénocarbonates, le
saccharose peut réduire la vitesse de dégradation sonochimique du 4-IPP par une réaction de compétition
avec les radicaux carbonates formés dans la solution.
Nous nous sommes également intéressés à la dégradation sonochimique du phénol (Ph), du 4-IPP et
de la Rhodamine B (RhB) en solutions aqueuses pour une large gamme de concentrations initiales dans
l’objectif d’analyser la cinétique de la réaction de destruction. Les résultats obtenus montrent que la vitesse
de dégradation augmente avec l’augmentation de la concentration initiale du substrat jusqu’à atteindre un
plateau, et que la destruction sonolytique est principalement réalisée par une réaction avec les radicaux
hydroxyles dans la région interfaciale des bulles de cavitation. La vitesse de formation du peroxyde
d’hydrogène diminue avec l’augmentation de la concentration du substrat. Pour des concentrations élevées en
4-IPP, la production du peroxyde d’hydrogène est presque constante. Les données de la dégradation
sonochimique sont analysées par les modèles d’Okitsu et al. et de Serpone et al. développés en se basant sur
un mécanisme du type Langmuir. Les cinq formes linéaires de l’équation d’Okitsu et al. ainsi que l’analyse
par la méthode de régression non-linéaire sont discutées. Les résultats indiquent qu’il n’est pas adéquat
d’utiliser le coefficient de détermination de la méthode de régression linéaire pour comparer l’ajustement des
courbes. Parmi les cinq expressions linéaires du modèle cinétique d’Okitsu et al., la forme-2 décrit
convenablement les données de la dégradation du Ph et du 4-IPP. La méthode non-linéaire d’ajustement des
courbes est la plus appropriée pour déterminer les paramètres du modèle. Une excellente représentation des
résultats expérimentaux de la destruction de la RhB est obtenue en utilisant le modèle de Serpone et al.
L’équation de Serpone et al. donne un mauvais ajustement des données de la dégradation sonolytique du Ph
et du 4-IPP. Ces résultats montrent que le Ph et le 4-IPP subissent essentiellement une dégradation à
l’interface bulle-solution, alors que la RhB est dégradée à l’interface bulle-solution et dans la solution.