Titre de série : | Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement | Titre : | Elaboration de catalyseurs à base de charbons actifs et de latérites pour la dégradation du bleu de méthylène par procédé Fenton hétérogène | Type de document : | texte imprimé | Auteurs : | Gloria Murielle Rostandi KPINSOTON | Année de publication : | 2019 | Importance : | 179 p. | Langues : | Français (fre) | Résumé : | Le nombre de colorants augmente chaque année en réponse à la croissance de la demande mondiale liée à l’accroissement démographique et la modernisation. La majorité de ces colorants sont difficilement biodégradables. Le procédé Fenton hétérogène est particulièrement attractif pour l’élimination des composés organiques difficilement biodégradables tels que les colorants. Dans cette étude, deux familles de catalyseurs d’oxydes de fer supportés ont été élaborées à partir de ressources naturelles disponibles en Afrique, la latérite naturellement riche en oxydes de fer et les coques de Balanites aegyptiaca. Ainsi, des charbons actifs à base de coques de Balanites aegyptiaca, ont été préparés par activation chimique avec l’hydroxyde de potassium (KOH) ou de l’acide phosphorique (H3PO4). Ensuite, les catalyseurs hétérogènes à base de charbons actifs ont été synthétisés par imprégnation de ces charbons avec du nitrate de fer, suivi d’un traitement thermique sous atmosphère inerte. La deuxième famille de catalyseurs a été obtenue par traitement thermique à différentes températures sous air de la latérite. Les performances catalytiques pour la réaction de Fenton hétérogène et la capacité d’adsorption des différents catalyseurs élaborés ont été évaluées pour l’élimination du bleu de méthylène (BM), choisi comme molécule modèle de colorant organique bio-récalcitrant. Les caractéristiques physicochimiques des différents catalyseurs élaborés (teneur en fer, texture poreuse, microstructure, morphologie) ont été étudiées et mises en relation avec leurs performances d’élimination du bleu de méthylène. Les résultats indiquent que les différents catalyseurs présentent des performances élevées pour l’élimination du BM par Fenton hétérogène et par adsorption. Aussi, même si la porosité des catalyseurs à base de charbons actifs influence la diffusion et l’adsorption du BM, leurs pH et fonctions de surface influencent plus l’élimination du BM par procédé Fenton hétérogène. Dans le cas des catalyseurs à base de latérites, l’accessibilité des sites d’oxydes de fer à leur surface influence fortement leur activité catalytique. Enfin, des tests de Fenton hétérogène effectués dans un réacteur à lit fixe contenant de la latérite révèlent pour un volume de 5 litres du bleu de méthylène à 60 mg L-1, une élimination du colorant de près 98%. Ce résultat permet d’envisager une utilisation à plus grande échelle de ces catalyseurs très prometteurs pour l'élimination de colorant par procédé Fenton même si d’autres paramètres pourront être pris en compte pour améliorer la prédiction des performances.
Abstract : Demographic growth and modernization lead to the increasing of global demand for dye. The majority of these dyes are hardly biodegradable. Heterogeneous Fenton is especially attractive for the removal of organic compound such as dyes. In this study, two families of Fenton catalysts were developed from available natural resources in Africa: laterite, naturally rich in iron and Balanites aegyptiaca shells. Thus, Balanites-shells based activated carbons were prepared by chemical activation with potassium hydroxide (KOH) or phosphoric acid (H3PO4). Then the Fenton catalysts based on activated carbons were developed by impregnation of these carbons, with iron nitrate followed by a heat treatment in an inert atmosphere. The second family of catalyst was obtained by heat treatment at different temperatures of the laterite. The catalytic performance in heterogeneous Fenton and the adsorption capacity of the different catalysts developed were evaluated for methylene blue removal (MB), chosen as prototypical bio-recalcitrant organic dye. The physicochemical characteristics of the different catalysts (iron content, porous texture, microstructure, morphology) were studied and related to their removal performance of methylene blue. The results indicate that the different catalysts show high performances for MB removal by heterogeneous Fenton and by adsorption. Also, although the porosity of the catalyst based on activated carbon influences the diffusion and adsorption of MB, their pH and surface functions determine more significantly their catalytic activity. In the case of the catalysts based on laterite, the accessibility of iron oxide sites on their surface strongly influences their catalytic activity. Finally, heterogeneous Fenton tests carried out in a fixed-bed reactor containing laterite resulted in the removal of nearly 98% of 5 liters of MB at 60 mg L-1. This indicates the potentials of a larger scale utilization of these very promising catalysts for Fenton dye removal even though other parameters can be taken into account to improve the performance prediction. |
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Elaboration de catalyseurs à base de charbons actifs et de latérites pour la dégradation du bleu de méthylène par procédé Fenton hétérogène [texte imprimé] / Gloria Murielle Rostandi KPINSOTON . - 2019 . - 179 p. Langues : Français ( fre) Résumé : | Le nombre de colorants augmente chaque année en réponse à la croissance de la demande mondiale liée à l’accroissement démographique et la modernisation. La majorité de ces colorants sont difficilement biodégradables. Le procédé Fenton hétérogène est particulièrement attractif pour l’élimination des composés organiques difficilement biodégradables tels que les colorants. Dans cette étude, deux familles de catalyseurs d’oxydes de fer supportés ont été élaborées à partir de ressources naturelles disponibles en Afrique, la latérite naturellement riche en oxydes de fer et les coques de Balanites aegyptiaca. Ainsi, des charbons actifs à base de coques de Balanites aegyptiaca, ont été préparés par activation chimique avec l’hydroxyde de potassium (KOH) ou de l’acide phosphorique (H3PO4). Ensuite, les catalyseurs hétérogènes à base de charbons actifs ont été synthétisés par imprégnation de ces charbons avec du nitrate de fer, suivi d’un traitement thermique sous atmosphère inerte. La deuxième famille de catalyseurs a été obtenue par traitement thermique à différentes températures sous air de la latérite. Les performances catalytiques pour la réaction de Fenton hétérogène et la capacité d’adsorption des différents catalyseurs élaborés ont été évaluées pour l’élimination du bleu de méthylène (BM), choisi comme molécule modèle de colorant organique bio-récalcitrant. Les caractéristiques physicochimiques des différents catalyseurs élaborés (teneur en fer, texture poreuse, microstructure, morphologie) ont été étudiées et mises en relation avec leurs performances d’élimination du bleu de méthylène. Les résultats indiquent que les différents catalyseurs présentent des performances élevées pour l’élimination du BM par Fenton hétérogène et par adsorption. Aussi, même si la porosité des catalyseurs à base de charbons actifs influence la diffusion et l’adsorption du BM, leurs pH et fonctions de surface influencent plus l’élimination du BM par procédé Fenton hétérogène. Dans le cas des catalyseurs à base de latérites, l’accessibilité des sites d’oxydes de fer à leur surface influence fortement leur activité catalytique. Enfin, des tests de Fenton hétérogène effectués dans un réacteur à lit fixe contenant de la latérite révèlent pour un volume de 5 litres du bleu de méthylène à 60 mg L-1, une élimination du colorant de près 98%. Ce résultat permet d’envisager une utilisation à plus grande échelle de ces catalyseurs très prometteurs pour l'élimination de colorant par procédé Fenton même si d’autres paramètres pourront être pris en compte pour améliorer la prédiction des performances.
Abstract : Demographic growth and modernization lead to the increasing of global demand for dye. The majority of these dyes are hardly biodegradable. Heterogeneous Fenton is especially attractive for the removal of organic compound such as dyes. In this study, two families of Fenton catalysts were developed from available natural resources in Africa: laterite, naturally rich in iron and Balanites aegyptiaca shells. Thus, Balanites-shells based activated carbons were prepared by chemical activation with potassium hydroxide (KOH) or phosphoric acid (H3PO4). Then the Fenton catalysts based on activated carbons were developed by impregnation of these carbons, with iron nitrate followed by a heat treatment in an inert atmosphere. The second family of catalyst was obtained by heat treatment at different temperatures of the laterite. The catalytic performance in heterogeneous Fenton and the adsorption capacity of the different catalysts developed were evaluated for methylene blue removal (MB), chosen as prototypical bio-recalcitrant organic dye. The physicochemical characteristics of the different catalysts (iron content, porous texture, microstructure, morphology) were studied and related to their removal performance of methylene blue. The results indicate that the different catalysts show high performances for MB removal by heterogeneous Fenton and by adsorption. Also, although the porosity of the catalyst based on activated carbon influences the diffusion and adsorption of MB, their pH and surface functions determine more significantly their catalytic activity. In the case of the catalysts based on laterite, the accessibility of iron oxide sites on their surface strongly influences their catalytic activity. Finally, heterogeneous Fenton tests carried out in a fixed-bed reactor containing laterite resulted in the removal of nearly 98% of 5 liters of MB at 60 mg L-1. This indicates the potentials of a larger scale utilization of these very promising catalysts for Fenton dye removal even though other parameters can be taken into account to improve the performance prediction. |
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