Matériaux innovants et durables pour l'élimination photocatalytique de micropolluants organiques émergents dans les eaux de rejet

Innovative and Sustainable Materials for the Photocatalytic Removal of Emerging Organic Micropollutants in Wastewater

• Auteur / Autrice : Youssef El-gheryby
• Direction : Pascal Wong wah chung
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement: Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille en cotutelle avec Université Cadi Ayyad
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCE - Laboratoire Chimie Environnement

Mots clés

Mots clés libres

Matériaux composites

Photocatalyse

Polluants pharmaceutiques

Composite Materials

Photocatalysis

Pharmaceutical Pollutants

Résumé

La stratégie scientifique du projet de recherche proposé s'articule autour de plusieurs tâches avec comme objectif principal de pouvoir proposer un procédé́ performant, durable, économiquement soutenable et techniquement abordable pour l'élimination de composés pharmaceutiques dans les eaux de rejet. Pour ce, une étape de développement (synthèse et caractérisation) de nouveaux photocatalyseurs à haut rendement pour l'élimination des micropolluants émergents MPE sélectionnés. Un des facteurs limitant l'utilisation de matériaux inorganiques dans les procédés de photocatalyse hétérogène est l'accessibilité́ et le temps de résidence du polluant au site photoactif. La sédimentation des photocatalyseurs inorganiques conduit à une perte d'efficacité́ alors que le flux de lumière est le plus intense à la surface de l'eau. Afin de favoriser la flottation et de faciliter la récupération des photocatalyseurs, une stratégie innovante sera développée au projet. Ensuite l'évaluation et l'optimisation de l'élimination des polluants par photocatalyse en conditions de laboratoire impliquera la mise en œuvre une approche par plans d'expériences afin de sélectionner les critères opérationnels optimaux (température, pH, concentration du photocatalyseur, flux lumineux, type de matériaux...). Par ailleurs, au-delà de l'étude cinétique de la dégradation des MPE, des études mécanistiques seront réalisées afin de proposer des schémas réactionnels et d'identifier les espèces primaires responsables de la transformation des MPE. Enfin, une dernière tâche sera consacrée au développement d'un photoréacteur solaire à bassin en conditions environnementales et à l'optimisation et la validation du procédé sur des eaux de rejet.

The scientific strategy of the proposed research project revolves around several tasks with the main objective of proposing an efficient, sustainable, economically viable, and technically feasible process for the elimination of pharmaceutical compounds in wastewater. To achieve this, a development stage (synthesis and characterization) of new high-efficiency photocatalysts for the removal of selected Emerging Micropollutants (EMPs) will be undertaken. One limiting factor in the use of inorganic materials in heterogeneous photocatalysis processes is the accessibility and residence time of the pollutant at the photoactive site. Sedimentation of inorganic photocatalysts leads to a loss of efficiency while the light flux is most intense at the water surface. To promote flotation and facilitate recovery of photocatalysts, an innovative strategy will be developed in the project. Subsequently, the evaluation and optimization of pollutant removal by photocatalysis under laboratory conditions will involve the implementation of a design of experiments approach to select optimal operational criteria (temperature, pH, photocatalyst concentration, light flux, type of materials, etc.). Furthermore, beyond the kinetic study of EMP degradation, mechanistic studies will be conducted to propose reaction schemes and identify primary species responsible for the transformation of EMPs. Finally, a last task will be dedicated to the development of a solar pond photoreactor under environmental conditions and to the optimization and validation of the process on wastewater streams.