Photodégradation oxydative et catalytique de composés organiques en phase aqueuse et en phase gazeuse

Photochemical oxydative degradation of organic compounds in aqueous solution and in the gas phase

• Auteur / Autrice : Florence Benoît-Marquié
• Direction : Marie-Thérèse Maurette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie de l'environnement
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pollution de l'eau

Composés organiques

Pollution atmosphérique

Résumé

Ce travail concerne le traitement des rejets aqueux charges en matieres organiques toxiques ainsi que la purification des emanations gazeuses toxiques et/ou malodorantes. Les methodes de depollution choisies pour la degradation de composes organiques sont la photocatalyse et la photolyse dans l'ultraviolet du vide (v-uv), en phases aqueuse et gazeuse. Apres une mise au point portant sur les diverses sources de pollution de l'air et de l'eau et des differentes techniques de depollution utilisees actuellement (chapitre 1), l'etude de la degradation photocatalytique en phase aqueuse de l'acide 2,4-dihydroxybenzoique (adhb) est detaillee (chapitre 2). D'une part, cette etude permet de disposer d'une reaction de reference pour tester les qualites photocatalytiques des differents catalyseurs supportes synthetises au laboratoire. La modelisation du phenomene de degradation de l'adhb en utilisant la planification d'experience (reseaux uniformes de doehlert) montre qu'un modele du second degre decrit parfaitement cette degradation. Ce modele permet de choisir le plus judicieusement possible les conditions de degradation de l'adhb afin d'etudier de nouveaux catalyseurs. De plus, l'utilisation de la modelisation par les reseaux artificiels de neurones, permet de determiner les vitesses initiales de la reaction etudiee, qu'il n'est pas possible d'obtenir experimentalement. D'autre part, au cours de l'etude de cette reaction, un mecanisme de degradation original a ete mis en evidence : en effet, l'adhb reagit directement avec les trous positifs (h#+) du photocatalyseur excite alors que ce genre de compose reagit habituellement avec les radicaux hydroxyle formes a la surface du catalyseur. Le developpement de la photocatalyse etant lie a la mise au point de catalyseurs performants sur support, deux types de catalyseurs a base de tio#2 sur support zeolithe ou quartz poreux ont ete prepares (chapitre 3). L'utilisation du test photochimique (reaction de degradation de l'adhb) montre que chacun d'eux est efficace pour la degradation de la matiere organique par photocatalyse, mais la granulometrie de la zeolithe ne permet pas une utilisation aisee de ce catalyseur, particulierement en phase gazeuse. Par consequent, seul les photocatalyseurs prepares a partir de quartz poreux sont utilises pour la degradation photocatalytique en phase gazeuse. Pour les etudes en phase gazeuse (chapitre 4), un montage permettant de controler la concentration en polluant dans l'air est mis au point. Dans ce but, des cellules de diffusion (chacune etant specifique du polluant etudie) sont construites ainsi qu'un reacteur photochimique adapte a ce type d'etude. Les catalyseurs selectionnes sont particulierement efficaces, aussi bien avec des lampes uv moyenne pression qu'avec des lampes a excimere xecl emettant a 308 nm et il est donc possible de mineraliser totalement le 1-butanol et la butylamine par photocatalyse en phase gazeuse. Pour ces deux composes, differents intermediaires de degradation formes sont identifies et leur evolution est etudie. Ceci permet de proposer dans chaque cas un mecanisme reactionnel faisant intervenir l'anion superoxyde plutot que les radicaux hydroxyle. La non reactivite du phenol dans cette etude confirme l'absence de ces radicaux hydroxyle absolument necessaires a la degradation de ce compose par photocatalyse. Par ailleurs, la photolyse dans l'ultraviolet du vide (v-uv) permet d'obtenir d'excellents resultats, puisque tous les composes etudies sont totalement mineralises.