Elimination photocatalytique de polluants organiques émergents, les composés pharmaceutiques, par de nouveaux matériaux composites biosourcés en milieu aqueux

Photocatalytic removal of emerging organic pollutants, pharmaceutical compounds, by new biosourced composite materials in aqueous media

• Auteur / Autrice : El Mountassir El Mouchtari
• Direction : Pascal Wong-Wah-Chung, Anne Piram, Salah Rafqah, Hafid Anane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie de l'environnement
• Date : Soutenance le 19/06/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille en cotutelle avec Université Cadi Ayyad (Marrakech, Maroc). Faculté des sciences Semlalia
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire chimie et environnement (LCE) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Sarakha
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Salah Rafqah, Étienne Quivet, Samir Briche, Magalie Claeys-Bruno
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohammadine El Haddad, Mohammed Bensitel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbamazépine

Oxyde de titane

Adsorption

Médicaments

Photocatalyse

Composites

Charbon actif

Noix d'argan

Mots clés libres

Coquilles de noix d’argan

Charbon actif

Matériaux composites

Produits pharmaceutiques

Adsorption

Photocatalyse

DFT

Plan d’expérience

Argania spinosa tree nutshells

Activated carbon

Composites materials

Pharmaceuticals

Adsorption

Photocatalysis

DFT

Experimental design.

Résumé

Ce travail de thèse s’est intéressé à la problématique de la présence dans les milieux aquatiques naturels de polluants organiques émergents tels que les produits pharmaceutiques qui constitue l’une des pollutions environnementales majeures actuelles. Afin de limiter cette pollution souvent apportée par les rejets de station de traitement des eaux usées (STEU), cette thèse s’est focalisée sur une nouvelle technique de traitement combinant les processus d’adsorption et de photocatalyse. Ainsi, plusieurs matériaux composites basés sur l’utilisation d’un charbon actif issu de coquille de noix d’Argan et de dioxyde de titane ou d’oxyde de tungstène ont été synthétisés par différentes voies (sol-gel, imprégnation et hydrothermal) et caractérisés. Ces matériaux présentent une forte capacité d’adsorption pour les produits sélectionnés (carbamazépine, diclofénac et sulfaméthoxazole) et permettent leur dégradation efficace dans la phase aqueuse et adsorbée, mais aussi leur minéralisation et la régénération du matériau. Les mécanismes de dégradation ont été élucidés en se basant sur la détermination des espèces primaires, l’identification de leurs sous-produits et des études théoriques par DFT. De plus, des tests sur les embryons de poisson Zèbre ont permis de montrer l’innocuité de ce processus. Enfin, pour améliorer les performances de ce procédé et sélectionner les meilleurs matériaux et leurs conditions opératoires optimales, une étude par plans d’expériences a été réalisée pour modéliser le pourcentage d’adsorption et de dégradation de la carbamazépine. Ceci, nous a permis de valider leur utilisation sur un mélange élargi de composés pharmaceutiques dans des effluents de STEU

This thesis focused on the problem of emerging organic pollutants such as pharmaceutical products in natural aquatic environments, which constitute one of the major environmental pollutions. To limit this pollution, which is often brought by wastewater treatment plant (WWTP) effluents, this thesis focused on a new treatment technique combining adsorption and photocatalysis process. Thus, several composite materials based on the use of activated carbon from Argan nutshell and titanium dioxide (TiO2), iron oxide (Fe2O3), and tungsten oxide (WO3) were synthesized by different routes (sol-gel, impregnation, and hydrothermal) and carefully characterized. The adsorption capacity of pharmaceutical pollutants by the synthesized materials was then studied, and their elimination was evaluated. These materials show a high adsorption capacity of the selected pharmaceuticals (carbamazepine, diclofenac and sulfamethoxazole), their efficient degradation in the aqueous and adsorbed phase, their mineralization and the regeneration of the material. The degradation mechanisms were elucidated based on the determination of the primary species, the identification of byproducts and theoretical studies by DFT. Besides, tests conducted on Zebrafish embryos allow to demonstrate the safety of the process. Finally, to improve the process's performance, a study by experimental design methodology was carried out to predict the percentage of adsorption and degradation of carbamazepine. This allowed us to select the most efficient materials and their optimal operational factors, that we validated on an extended mixture of pharmaceutical compounds in WWTP effluents