Les hydrochars de déchets de paille de lavandin valorisés comme combustible solide et comme matériau adsorbant

Hydrochars from lavandin straw waste for energy and environmental applications

• Auteur / Autrice : Sümeyra Seniha Baran
• Direction : Charlotte Hurel, Claire Lomenech
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 30/01/2024
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Physique de Nice
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Marmier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charlotte Hurel, Nicolas Marmier, Vanessa Fierro, Stéphane Mounier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Irina Volf, Vanessa Fierro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux lourds

Adsorption

Biomasse

Déchets (combustible)

Carbonisation

Mots clés libres

Carbonisation hydrothermale

Déchets de biomasse

Hydrochar

Combustible solide

Adsorption

Métaux lourds

Hydrothermal carbonization

Biomass waste

Hydrochar

Solid fuel

Adsorption

Heavy metal

Résumé

La région Provence-Alpes-Côte d'Azur, dans le sud-est de la France, est depuis des siècles l'un des principaux centres de production de l'industrie des parfums et des cosmétiques. L'extraction du lavandin permet d'obtenir 100 kilogrammes/ha d'huile essentielle, tandis qu'une grande quantité de déchets solides, connus sous le nom de paille de lavandin, est générée. L'objectif de ce travail de thèse était d'explorer des voies de valorisation économiques et écologiques de ces déchets afin de les convertir en produits à haute valeur ajoutée.Pour cela, la paille de lavandin a été soumise à un traitement thermique de carbonisation hydrothermale (HTC) afin d'obtenir un matériau carboné appelé hydrochar. Deux voies de valorisation de la paille de lavandin et de ses hydrochars ont été étudiées : d'une part en tant que combustible solide et d'autre part en tant qu'adsorbant.Pour la valorisation en tant que combustible solide, un traitement thermique à différentes températures (180 à 260ºC) et à différents temps de rétention (1 à 20 h) a été appliqué à la paille de lavandin. Le propriétés combustibles des hydrochars ont été évaluées en fonction du facteur de sévérité calculé à partir de la température appliquée pendant le traitement et du temps de rétention. Les hydrochars obtenus présentaient des propriétés combustibles proches du charbon sub-bitumineux et de la lignite.Pour la valorisation du lavandin en tant qu'adsorbant, l'hydrochar le plus approprié pour l'adsorption a été sélectionné. L'adsorption de Ni(II), Cd(II), Pb(II) sur la paille de lavandin, l'hydrochar, l'hydrochar modifié par NaOH et HNO3 a été étudiée en fonction du temps de contact, du pH, de la concentration initiale de chaque métal, des concentrations initiales mixtes des métaux. Les résultats montrent que le Pb(II) est adsorbé plus efficacement que le Ni(II) et le Cd(II) sur tous les adsorbants. Lorsque les métaux sont présents simultanément, une compétition se produit à la surface en faveur du Pb. Les modifications de surface à l'aide de NaOH ou de HNO3 améliorent la capacité d'adsorption de l'hydrochar, mais le rendement de production de l'hydrochar modifié est faible lorsqu'une forte concentration d'acide est utilisée pour le traitement de la surface.Ce travail de thèse permet de conclure que les deux voies de valorisation de la paille de lavandin comme combustible solide et comme adsorbant constituent une alternative écologique et économique viable, dans un contexte d'économie circulaire.

The Provence-Alpes-Côte d'Azur region in the south-east of France has been one of the main production centres of the perfume and cosmetics industries for centuries. The extraction of Lavandin yields 100 kilograms/ha of essential oil, while a large amount of solid waste, known as lavandin distilled straw, is generated. The objective of this thesis work was to explore economic and environmental friendly valorisation routes of this waste in order to convert it into high value-added products.For that, Lavandin straws (L) waste was submitted to hydrothermal carbonization (HTC) in order to get a carbonaceous material called hydrochar. The valorisation of Lavandin straw (L) and its hydrochars as solid fuel and adsorbent was investigated in this thesis.For the production of fuel, the L was subjected to HTC at various temperatures (180 to 260ºC) and retention times (1 to 20 h). In order to evaluate the quality of hydrochars as solid fuel, fuel properties were evaluated according to the severity factor calculated based on HTC temperature and retention time. The obtained hydrochars presented fuel properties close to sub-bituminous coal and lignite.For the valorization of Lavandin as adsorbent, the most suitable hydrochar for adsorption was selected. Adsorption of Ni(II), Cd(II), Pb(II) on L, hydrochar, NaOH- and HNO3-modified hydrochar was studied as a function of contact time, pH, initial single concentration of metal, initial mixed concentrations of metals. Pb(II) was more efficiently adsorbed than Ni(II) and Cd(II), on all adsorbents. When metals were simultaneously present, surface competition occurred. Surface modifications using NaOH or HNO3 improved the adsorption capacity of hydrochar, but the production yield of modified hydrochar was low when high concentration of acid was used for the surface modification.Lavandin straw can be valorised as solid fuel and adsorbent in an environmental and economic approach.