Etude d'un procédé d'oxydation avancée couplé plasma non thermique/carbone activé fonctionnalisé pour le traitement d'herbicides dans l'eau

Study of an advanced oxidation process coupled non-thermal plasma / functionalized activated carbon for the treatment of herbicides in water

• Auteur / Autrice : Antoissi Mohamed Ali
• Direction : Olivier Aubry, Benoît Cagnon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 13/02/2024
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés. UMR 7344 (Orléans ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Maria Concepción Ovin Ania
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Duclaux, Jean-François Lamonier, Hervé Rabat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Goetz, Xavier Duten

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydation électrochimique

Plasmas froids

Effets des herbicides

Qualité de l'eau

Écotoxicologie

Mots clés libres

Procédés d'oxydation avancée

Plasmas non thermiques

Carbones activés

Advanced oxidation processes

Non-Thermal plasmas

Activated carbons

Résumé

Les herbicides figurent parmi les contaminants les plus courants et les plus dangereux trouvés dans les milieux aquatiques. Ces polluants peuvent avoir des effets cancérigènes et mutagènes sur l'homme. Ils présentent également des dangers potentiels pour l'environnement. Il est donc nécessaire de développer des procédés de traitement innovants. Parmi ceux-ci-, les Plasmas Non Thermiques (PNT) peuvent être utilisés efficacement. Les PNT sont capables de générer des espèces oxydantes (HO°, O3, O°, H2O2, etc.), avec des potentiels d'oxydation élevés, et qui peuvent réagir avec les molécules dans l'eau. Toutefois, ces traitements ne sont pas toujours suffisants. Une des solutions étudiée est le couplage du plasma avec les carbones activés (CA). Ce travail présente l'étude du traitement d'herbicides cibles (l'acide 2,4-dichlorophénoxyacétique et le glyphosate) et le principal métabolite du glyphosate l'acide aminométhylphosphonique AMPA par plasma non thermique (PNT) couplé à des CA. Dans un premier temps, l'étude a porté sur le traitement du 2,4-D afin de mettre en œuvre les procédés sur un polluant déjà étudié avec d'autres procédés de traitement. Les résultats obtenus ont montré un fort effet synergique du couplage PNT/CA. Le meilleur couplage a été obtenu en associant le PNT au CA L27-Fe en permettant une dégradation complète et une minéralisation élevée de 65 % pour une solution de 2,4-D (avec une concentration de 50 ppm) pour une durée de traitement de 120 minutes. Lors des traitements par PNT seul, pour la même durée de traitement le taux de dégradation était de 79 % sans aucune minéralisation. Les différentes analyses effectuées ont permis de confirmer que la dégradation et la minéralisation observées étaient réellement liées à un effet catalytique des CA et non à de l'adsorption. Après validation des effets synergiques du procédé couplé, le travail de thèse s'est poursuivi par l'étude du couplage PNT/CA-Fe pour le traitement du glyphosate et de l'AMPA afin d'évaluer la capacité du procédé pour être généralisé au traitement d'autres herbicides dans des matrices naturelles plus complexes. Il a ainsi été obtenu une dégradation complète après 120 minutes de traitement pour le glyphosate et 180 minutes de traitement pour l'AMPA et une minéralisation complète de la solution traitée après 240 minutes pour le traitement d'un mélange glyphosate/AMPA (20 ppm/10 ppm).

Herbicides are among the most common and dangerous contaminants found in aquatic environments. These pollutants can have carcinogenic and mutagenic effects on humans. They also pose potential dangers to the environment. It is therefore necessary to develop innovative treatment processes. Among these, Non-Thermal Plasmas (NTP) can be used effectively. NTP are capable to generate oxidizing species (HO°, O3, O°, H2O2, etc.), with high oxidation potentials, which can react with organic molecules in water. However, these treatments are not always sufficient. One of the solutions being studied is to couple plasma with activated carbons (AC). This work presents the study of targeted herbicide treatment (2,4-dichlorophenoxyacetic acid and glyphosate) and the main glyphosate metabolite aminomethylphosphonic acid (AMPA) by non-thermal plasma (NTP) coupled with AC. Initially, the study focused on the treatment of 2,4-D in order to implement the processes on a pollutant that has already been studied with other treatment processes. The obtained results shows a strong synergistic effect of the NTP/AC coupling. The best coupling was obtained by associating NTP with Fe-L27 AC, allowing a complete degradation and a high mineralization of 65% for a 2,4-D solution (with a concentration of 50 ppm) for a treatment time of 120 minutes. During alone NTP treatments, for the same treatment time, the degradation rate was 79% with no mineralization. The various analyses carried out confirmed that the observed degradation and mineralization were actually linked to a catalytic effect of the AC and not due to adsorption. After validating of the synergistic effects of the coupled process, the thesis work continued by studing the NTP/Fe-AC coupling for the treatment of glyphosate and AMPA to assess the process's ability to be generalized to treat other herbicides in natural matrices. Complete degradation was achieved after 120 minutes of treatment for glyphosate and 180 minutes of treatment for AMPA and a complete mineralization of the treated solution after 240 minutes for the treatment of a glyphosate/AMPA mixture (20 ppm/10 ppm).