Etude de méthodes et moyens d'adsorption/désorption pour l'analyse en ligne de traces de dioxines/furannes à l'émission de sources fixes

Study of adsorption/desorption methods and tools for dioxin/furan traces on-line analysis from identified sources of emission

• Auteur / Autrice : Maud, Chloé Mercury
• Direction : Yves Zerega
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique. Énergétique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Provence. Section sciences - Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (IUSTI) (Marseille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Zéolites

Furane

Absorption et adsorption

Dioxines

Résumé

La gestion des déchets est un problème majeur de notre société de consommation. En 2008, la France a produit 868 millions de tonnes de déchets. Aujourd’hui, un des principaux moyens de valoriser et d’éliminer nos déchets ultimes est l’incinération. Cependant, depuis la découverte des « dioxines » issues des procédés de combustion, cette technique est devenue un sujet d’inquiétude. L’application de la réglementation fixant des seuils limites à l’émission a engendré une forte diminution des émissions des sources fixes. Toutefois, il apparaît important de connaître et maîtriser en « temps réel » les taux de dioxines émis en sortie d’incinérateur. Ces travaux s'intègrent dans une étude globale d'un dispositif de mesure en ligne, "temps réel" et directe de dioxines/furannes à l'émission de sources industrielles fixes. Ils concernent plus spécifiquement l’étude de nouveaux moyens d’adsorption sélectifs de congénères toxiques vis-à-vis des autres congénères et des composés de la matrice gazeuse des rejets, matériaux qui seront implantés dans ce dispositif en ligne. Dans un premier temps, ces travaux se sont focalisés sur l'étude, la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux adsorbants sélectifs de type zéolithique. Ces matériaux ont été utilisés comme supports lors de l’adsorption de dioxines en solution (2,3-DCDD et 1,2,3,4-TCDD) et ont été comparés aux adsorbants utilisés dans la norme NF EN 1948 lors du prélèvement à l’émission. Cette étude de l’adsorption de dioxines en solution dans l’isooctane a permis d’identifier la zéolithe NaX comme la plus efficace pour le piégeage sélectif des dioxines. En parallèle, un appareillage polyvalent d’adsorption/désorption thermique en ligne de dioxines en phase, gazeuse a été conçu et mis au point. Ce dispositif est couplé à un chromatographe en phase gazeuse et à un spectromètre de masse. Il permet l’analyse en ligne de flux de gaz étalon de dioxines et l’analyse de dioxines piégées dans un tube d’adsorbants. L’ensemble de ces travaux ont permis de démontrer l’intérêt d’utiliser les zéolithes pour le piégeage sélectif des dioxines en phase gazeuse dans un pré-dispositif de terrain d’adsorption/désorption thermique en ligne de dioxines à l’émission de sources fixes.

Waste management is a major problem of our society where the amount of waste is still increasing. In 2008, in France, 868 million tons of waste were produced. Today, incineration is considered to be an effective method for disposing of waste. However, since the discovery dioxins generated in all waste plants, this technique becomes a topic of great concern. The authorities require a regulation of dioxin emissions lower than 0. 1 ng ITEQ. M-3 in Europe. Consequently it appears very important to measure and control in “real time” dioxin emission levels from waste incinerators. The major focus of this dissertation work centers on the development of an on-line, real time and direct monitoring technique to study stationary emission sources of dioxins/furans. It concerns the study of new classes of selective adsorbents; in relation to the complexity of the gas mixture in the incinerator’s emissions and to the possible existence of the gas phase dioxin congeners. In a first time, these works focus on study, synthesis and characterization of new selective adsorbent materials as zeolites. These materials have been used as supports for adsorption of solutions of dioxins (2,3- DCDD and 1,2,3,4-TCDD in isooctane) and they have been compared to adsorbents used in NF EN 1948 standard during emission sampling. This study shows that NaX zeolite was the best adsorbent for selective trapping on dioxins. In a second time, an analytical method for on line monitoring of gas phase dioxin at the emission of waste incinerators is designed and developed. This method is based on an adsorption/ thermal desorption device coupled to gas chromatography and mass spectrometry. The device allows the on-line analysis of the standard gas flue of dioxins and the analysis of dioxins trapped in an adsorbent tube. To conclude, these works shows the interest of use zeolites for selective trapping of gas phase dioxins in an on-line field device of adsorption/ thermal desorption of dioxins from stationary sources.