Coupling of an electrochemical process and a biological treatment for specific pollutant removal-Electrode surface functionalization

• Auteur / Autrice : Wenyan He
• Direction : Abdeltif Amrane, Florence Geneste
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Rennes, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Bretagne Loire (2016-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biodégradation

Herbicides

Nanoparticules d'argent

Métaux de transition

Catalyse

Réduction électrochimique

Mots clés libres

Couplage de procédés

Catalyse redox

Electrodes modifiées

Déchloration

Chloroacétanilides

Résumé

La réduction électrocatalytique couplée à un procédé biologique est une solution prometteuse pour la dégradation des composés chlorés. L’attaque sélective de la liaison carbone-chlore en milieu aqueux est mise en oeuvre pour réduire la toxicité et augmenter la biodégradabilité de composés chlorés ; la minéralisation de la solution peut ensuite être achevée par voie biologique. La déchloration a été réalisée en présence de complexes de métaux de transition et de nanoparticules d’argent, en raison de leur forte activité catalytique, ce qui a conduit à une dégradation totale des composés organo-halogénés ciblés avec une bonne sélectivité. La modification de feutres de graphite à l’aide des complexes Ni(tmc)Br2 ou [Co(bpy(CH2OH)2)2]2+ et leur mise en oeuvre dans la réaction de déchloration du 1,3-dichloropropane et de l’alachlore ont montré une plus grande stabilité du catalyseur et de meilleurs rendements faradiques comparés aux résultats obtenus en catalyse homogène. Le deschloroalachlore est le principal sous-produit de l’électroréduction de l’alachlore, ce qui souligne la forte sélectivité du complexe de cobalt. La biodégradabilité de la solution a été améliorée, puisqu’une valeur de 0. 31±0. 04 a été obtenue pour de la mousse de nickel modifiée par ajout de nanoparticules d’argent (dans de la soude 0. 05 M), avec la formation de produits organiques non chlorés, autres que le deschloroalachlore. Par ailleurs, du feutre de graphite métallisé par du nickel et modifié par ajout de nanoparticules d’argent devrait permettre d’améliorer les performances catalytiques de la cathode en augmentant la surface du support.

The electrocatalytic reduction coupled to a biological process is a promising alternative for the degradation of chlorinated compounds. The selective cleavage of the carbon-chlorine bond in aqueous media was implemented for detoxification and to improve the biodegradability of chlorinated compounds. The mineralization of the electrolyzed solution can then be achieved by a biological treatment. The dechlorination was studied with the aid of transition metal complexes and Ag nanoparticles because of their high catalytic activity, leading to a total degradation of the organohalogenated studied compounds with good selectivity. The modification of graphite felt with Ni(tmc)Br2 or [Co(bpy(CH2OH)2)2]2+ complex highlighted the catalyst stability and current efficiency for dechlorination of 1,3-dichloropropane and alachlor , respectively, compared to the homogeneous process. Deschloroalachlor, was the main by-product of the electroreduction of alachlor, indicating the high selectivity of the Co complex system. The biodegradability of the solution was improved to 0. 31±0. 04 using Ag nanoparticles modified Ni foam in 0. 05 M NaOH solution with production of other dechlorinated by-products apart from deschloroalachlor, highlighting the interest of this new material. The new Ag nanoparticles modified graphite felt with Ni layer aimed at improving the catalytic performance of cathode by increasing the surface area of the support.