Optimisation des conditions d'élaboration de charbon actifs à partir de biomasse (Sargassum sp. et Galaba Calophilum L.) pour l'adsorption et la dégradation de polluants émergents.

par Marckens Francoeur

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Sarra Gaspard, Yvens Chérémond et de Christelle Yacou.


  • Résumé

    Cette étude a été réalisée afin de déterminer les conditions optimales de synthèse decharbons actifs (CAs) dérivés de Sargassum (sp) qui constitue une algue invasive et dela coque de galba (Galaba calophilum L.) generée après l’extraction de l’huile cosmétique.Les charbons actifs sont utilisés pour une adsorption efficace des résidus polluants telsque la caféine (Caf), la tétracycline (Tc), la pénicilline (Pen), l’érythromycine (Ery) etle bleu de méthylène (BM). La préparation des CAs a été effectuée en suivant un pland’optimisation de Doehlert à trois facteurs et deux niveaux (la température de pyrolyse, lerapport de masse entre l’agent activant et le précurseur et le temps de pyrolyse) suivis dela méthodologie de surface de réponse. Ensuite les CAs donnant les adsorptions optimalessont utilisés pour préparer un support catalytique à base d’oxyde de fer par différentesméthodes d’imprégnation. L’étude de l’effet catalytique des charbons magnétiques (CAM)a été réalisée pour la dégradation de l’acide para chlorobenzoïque (pCBA) et la stabilitédes matériaux après plusieurs cycles d’utilisation a été testée. La dégradation des antiobiotiques après saturation des CAM sous ozone a été évaluée.Les CAs obtenus ont été caractérisés en utilisant différentes techniques, l’analyse thermogravimétrique, la chimie de surface à savoir le pHpzc et l’acidité/basicité des groupesde surfaces par la méthode de Boehm, la spectroscopie de photoélectron X, l’infrarougeà transformée de Fourier et la diffraction des rayons X, les propriétés texturales ont étédéterminées par la mesure de l’adsorption/désorption d’azote, la microscopie éléctroniqueà balayage.Les capacités d’adsorption ont atteint des valeurs de 329, 579, 150 et 223 mg g-1 sur le CAoptimisé à base de sargasse et de 384, 607, 249, 314 mg g-1 sur le CA optimisé à base degalba pour Caf, Tc, Pen et BM, respectivement. Les mesures d’adsorption sur les CAMont permis de sélectionner les meilleurs matériaux pour tester les procédés d’oxydation.Il est démontré que le processus d’oxydation avancée utilisant l’ozonation couplée avecles CAs comme support catalytique est efficace pour l’élimination des polluants avec unpourcentage d’élimination supérieur à 96 % pour l’Ery, et supérieur à 99 % pour la Penet la Tc. Ces études ont montré une très grande stabilité de certains CAM même aprèsplusieurs cycles d’utilisation à la fois pour l’adsorption et la dégradation des polluants.

  • Titre traduit

    Optimisation of activated carbons synthesis conditions from biomasses (Sargassum (sp) and Galaba calophilum L.) for adsorption and degradation of emerging pollutants


  • Résumé

    This study was carried out in order to determine the optimal conditions for synthesisof activated carbons (ACs) derived from Sargassum (sp), which is an invasive alga, andfrom cockle of galba (Galaba calophilum L.) generated after extraction of cosmetic oil.Activated carbons are used for efficient adsorption of pollutant residues such as caffeine(Caf), tetracycline (Tc), penicillin (Pen), erythromycin (Ery) and methylene blue (MB).The preparation of the CAs was performed following a three-factor, two-level Doehlertoptimisation design (pyrolysis temperature, mass ratio of activating agent to precursorand pyrolysis time) followed by response surface methodology. Then ACs giving optimaladsorptions are used to prepare an iron oxide catalytic support by different impregnationmethods. Catalytic effect of magnetic carbons (MAC) was studied for degradation of parachlorobenzoic acid (pCBA) and stability of materials after several cycles of use was tested.Degradation of antiobiotics after saturation of the MAC under ozone was evaluated.The obtained MAC were characterised using different techniques, thermogravimetric analysis, surface chemistry namely pHpzc and acidity/base of surface groups by Boehmmethod, X-ray photoelectron spectroscopy, Fourier transform infrared and X-ray diffraction, textural properties were determined by nitrogen adsorption/desorption measurement,scanning electron microscopy.Adsorption capacities were found to be 329, 579, 150 and 223 mg g-1 on the optimisedsargassum-based AC and 384, 607, 249, 314 mg g-1 on the optimised galba-based AC forCaf, Tc, Pen and MB, respectively. Adsorption measurements on MAC allowed selection ofthe optimum materials for testing the oxidation processes. It is shown that the advancedoxidation process using ozonation coupled with ACs as a catalytic support is effective forthe removal of pollutants with a percentage removal of over 96 % for Ery, and over 99 %for Pen and Tc. These studies have shown a very high stability of some MAC even afterseveral cycles of use for both adsorption and degradation of pollutants.


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