Étude de dégradation des colorants de textile par les procédés d'oxydation avancée : application à la dépollution des rejets industriels, A study on textile dye degradation by advanced oxidation processes : application to the depollution of industrial effluents

Samiha Hammami

Description

Sous la direction de Mehmet Ali Oturan, Mohamed Dachraoui
Thèse soutenue le 12 décembre 2008: Université de Tunis-El Manar, Paris Est
Cette étude porte sur l’application de différents procédés d’oxydation avancée, POA (plasma d'air humide, électro-Fenton, photo-Fenton et oxydation anodique avec BDD) pour le traitement des colorants de textile. La particularité de ces procédés tient à la génération dans le milieu d’entités très réactives et très oxydantes, les radicaux hydroxyles •OH qui sont capables d’oxyder n’importe quelle molécule organique jusqu’au stade ultime d'oxydation, c'est-à-dire la minéralisation (transformation en CO2 et H2O). Le plasma d'air humide a été appliqué pour l'oxydation d'un colorant azoïque, l'OD 61. Différents catalyseurs (Fe2+, Fe3+ et TiO2) ont été ajoutés dans leurs conditions optimisées afin d'améliorer les performances du système Glidarc. La combinaison des deux catalyseurs: Fe2+ et TiO2 a permis de décolorer 91% de l'OD 61 au bout de 3 heures et d'atteindre un taux d'abattement du COT de l'ordre de 52% après 10 heures de traitement. La méthodologie de la recherche expérimentale a été appliquée dans ce mémoire afin d'étudier l'influence de: l'intensité du courant, la concentration du colorant et le temps d'électrolyse sur la vitesse de disparition de l'OD 61 et afin de déterminer les conditions optimales de sa minéralisation. Dans les conditions optimales obtenues ([colorant] = 0,53.10-3 mol.L-1, I = 250 mA), le procédé électro-Fenton (EF) permet d'atteindre des taux de minéralisation de l'ordre de 98% dans le cas de l'OD 61 et l'AO 7 et de 88% dans le cas de l'indigo carmine. L’identification des produits intermédiaires au cours de l’électrolyse a permis de proposer un mécanisme de minéralisation de l'AO7. Les constantes cinétiques apparentes et absolues ont été déterminées. La dégradation de l'indigo a été étudiée par oxydation anodique avec BDD (OA-BDD) et par procédé photo-Fenton (PF). Cette étude a montré que l'électrolyse de l'indigo suit une cinétique de pseudo premier ordre et que le taux d'abattement du COT était de l'ordre de 97% et 63% respectivement avec OA-BDD et PF. Une étude comparative pour l'oxydation de l'AO 7 a été menée par trois procédés d'oxydation avancée: PF, OA- BDD et EF-Pt et EF-BDD. Cette étude a montré que le procédé photo-Fenton permet d'atteindre des taux d'abattement supérieurs à 90% après seulement 2 heures de traitement. Toutefois, le PF s'est révélé le plus coûteux suite à l'utilisation de la lumière artificielle UV et l'ajout des réactifs. Par ailleurs, le traitement d'un effluent réel issu de l'industrie de textile par le procédé électro-Fenton avec une anode de platine a permis la minéralisation presque totale du rejet initial (94% du COT initial ont été éliminés)
-Procédés d'oxydation avancée
-Electro-Fenton
-Plasma d'air humide
-Oxydation anodique avec BDD
-Photo-Fenton
-Minéralisation
-Colorant
This study concerns the application of various advanced oxidation processes, AOP (humid air plasma, electro-Fenton, photo-Fenton and anodic oxidation with BDD) to treatment of wastewater containing the persistent organic pollutants such as textile dyes. The characteristic of these processes is due to the generation of very reactive and very oxidizing species, hydroxyl radicals •OH which are able to oxidize any organic molecule until the ultimate oxidation stage, i.e. mineralization (transformation into CO2 and H2O). The humid air plasma was applied for DO 61degradation. Various catalysts (Fe2+, Fe3+ and TiO2) were added under their optimized conditions in order to improve the performances of Glidarc system. The combination of Fe2+and TiO2 lead to reach 91% of DO 61 degradation after 3 hours and 52% of TOC abatement after 10 H of treatment. The experimental design methodology was applied in this work in order to investigate the influence of experimental parameters (current intensity, dye concentration and electrolysis time) on the degradation rate of DO 61 dye and then for determining the optimal mineralization conditions. Under the optimal obtained conditions ([dye] = 0.53 10-3 mol.L-1, I = 250 mA), electro-Fenton process can lead to a complete mineralization of dyes: 98% of TOC abatement are obtained in the case of the DO 61 and the AO 7 and 88% in the case of indigo carmine. The identification of the intermediates during electrolysis permitted to propose a mineralization of AO 7 dye under examination. The apparent and absolute kinetic constants were determined. The degradation of indigo dye was studied by anodic oxidation with BDD (AO-BDD) and photo-Fenton process (PF). This study shows a pseudo first order reaction kinetics for indigo degradation. The mineralization efficiency is about 97% and 63% of TOC abatement, respectively with OA-BDD and PF A comparative study of the mineralization efficiency of AO 7 dye was been investigated by different advanced oxidation processes (PF, AO-BDD, EF-Pt, EF-BDD). This study shows that PF process lead to reach more than 95% of TOC abatement after only 2 hours. Nevertheless, this process is the most expensive due to the use artificial UV light and the addition of reagents. The treatment of an industrial textile effluent by electro-Fenton process lead to a complete mineralization (94% of initial TOC were eliminated)
-Advanced Oxidation Process
-Electro-Fenton
-Humid air plasma
-Anodic Oxidation with BDD
-Photo-Fenton
-Hydroxyl radicals
-Mineralization
-Mineralization
-Dye
Source: http://www.theses.fr/2008PEST0225/document

Sujets

• Minéralisation
• Colorant
• Dyé

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

Université Tunis El Manar Université Paris-Est
Faculté des Sciences de Tunis Institut Francilien des Sciences Appliquées

THÈSE
pour obtenir le grade de Docteur de l’Université Paris-Est et Tunis El Manar
Spécialité : Géomatériaux
présentée et soutenue publiquement par

SAMIHA HAMMAMI

le 12 Décembre 2008
Étude de dégradation des colorants de textile par les
procédés d'oxydation avancée. Application à la
dépollution des rejets industriels

A study on textile dye degradation by advanced oxidation processes.
Application to the depollution of industrial effluents

Directeurs de thèse (co-tutelle) : Pr. Mehmet A. OTURAN (Univ. Paris-Est)
Pr. Mohamed DACHRAOUI (Univ. Tunis El-Manar)

Jury :
Président : Béchir HAMROUNI Faculté des Sciences de Tunis
Rapporteurs : Enric BRILLAS Université de Barcelone
Ridha ABDELHEDI Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax
Examinateur : Nihal OTURAN Université Paris-Est Philippe GARRIGUES Université de Bordeaux 1
© UPE
tel-00470544, version 1 - 6 Apr 2010



A la mémoire de celui qui me manquera
toujours, mon père
A ma mère, mes sœurs et mon frère,
qui m'ont toujours soutenu et aidé à
réaliser mon rêve
A mes beaux-frères
A ma nièce et mes neveux
A tous ceux et celles qui me sont
chers
Avec toute mon affection







tel-00470544, version 1 - 6 Apr 2010.…


tel-00470544, version 1 - 6 Apr 2010Remerciements


Les travaux de recherche qui font l’objet de cette thèse ont été réalisés
en co-tutelle au laboratoire de Chimie Analytique et Electrochimie de la
Faculté des Sciences de Tunis à l’Université de Tunis El Manar, sous la
direction du Professeur Mohamed DACHRAOUI et au Laboratoire des
Géomatériaux et Géologie de l'Ingénieur de l'Université Paris - Est Marne-
La-Vallée, sous la direction du Professeur Mehmet A. OTURAN.
Je saisis cete occasion pour les remercier vivement pour m'avoir
acceptée dans leur équipe, leur aide inestimable, leur compétence, leur grande
expérience et les conseils qu’ils m’ont prodigués et m’ont permis de conduire
ce travail jusqu’à son terme.

Monsieur Béchir Hamrouni, Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis,
m’a fait un grand honneur de présider le jury de ce travail. Qu’il veuille bien
trouver ici toute ma gratitude et mes sentiments de respect.

Je tiens à adresser mes vifs remerciements à Monsieur Enric Brillas,
Professeur à l'Université de Barcelone, ainsi qu'à Monsieur Ridha Abdelhadi,
Professeur à l’Ecole Nationale des Ingénieurs de Sfax (ENIS), pour avoir
accepté d'être les rapporteurs de cette thèse.

Monsieur Philippe Garrigues, Professeur à l'Université de Bordeaux, vous
m’avez fait l’honneur d’avoir examiné ce mémoire, je vous remercie pour
l’intérêt que vous avez porté à ce travail.



tel-00470544, version 1 - 6 Apr 2010Que Madame Nihal OTURAN, Docteur Ingénieur au laboratoire des
Géomatériaux à l'Université Paris-Est Marne-La-Vallée, trouve ici
l’expression de ma reconnaissance pour avoir suivi ce travail avec un grand
intérêt. Je lui dois également une profonde gratitude pour ses conseils, son
aide pendant la réalisation des essais et des analyses au laboratoire et
surtout pour son amitié. Je la remercie infiniment ainsi que toute sa famille.

Je tiens à témoigner ici ma respectueuse reconnaissance à Monsieur Nizar
Bellakhal, Maître de conférences à l’Institut National des Sciences Appliquées
et de Technologies (INSAT), pour m'avoir donnée la possibilité de travailler
en collaboration avec le laboratoire des Géomatériaux à l'Université Paris-
Est. Merci également pour vos conseils et encouragements.

Je ne saurais également oublier de remercier Monsieur Najib Ben Hmida,
Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis, pour m'avoir accueillie dans
son laboratoire pour effectuer les analyses des échantillons traités en
Tunisie, par spectroscopie UV-Visible et par HPLC et Mademoiselle Faten
Boujelbane pour m’avoir aidée, pour sa serviabilité et sa grande gentillesse.

Qu’il me soit permis de remercier toute l’équipe du Laboratoire de Chimie
Analytique et Electrochimie, en particulier, Monsieur Ali Ouejhani, Monsieur
Mohamed MNARI, Madame Emna Selmane Belhadj Hmida, Aida KASRAOUI,
Manel, Amira, Walid, Bayrem, Ibtissem …et tous ceux et celles que j'oublie,
pour leur bonne humeur et l'esprit d'équipe et de coopération qu'ils n'ont
cessé de manifester à mon égard durant ce travail.


tel-00470544, version 1 - 6 Apr 2010Je voudrais également remercier toute l'équipe du Laboratoire des
Géomatériaux. Un grand merci à Mababa, Beytul, Ignacio (Nacho), Marcio, Samar,
pour leur collaboration, leur aide, leur amitié et les bons moments passés
ensemble.

Je ne saurais terminer sans remercier vivement Monsieur Mohamadou
SAMBA, Assistant à la Faculté des Sciences de Gabès, pour son aide à
corriger ce mémoire et améliorer sa qualité et son immense soutien dans les
derniers moments.

Enfin, je rends hommage et j’exprime ma reconnaissance à tous ceux qui
ont contribué, de près ou de loin, à la réalisation de ce travail.



tel-00470544, version 1 - 6 Apr 2010Résumé
Cette étude porte sur l’application de différents procédés d’oxydation avancée, POA (plasma d'air
humide, électro-Fenton, photo-Fenton et oxydation anodique avec BDD) pour le traitement des colorants de
textile. La particularité de ces procédés tient à la génération dans le milieu d’entités très réactives et très
•oxydantes, les radicaux hydroxyles OH qui sont capables d’oxyder n’importe quelle molécule organique
jusqu’au stade ultime d'oxydation, c'est-à-dire la minéralisation (transformation en CO et H O). 2 2
Le plasma d'air humide a été appliqué pour l'oxydation d'un colorant azoïque, l'OD 61. Différents
2+ 3+catalyseurs (Fe , Fe et TiO ) ont été ajoutés dans leurs conditions optimisées afin d'améliorer les performances 2
2+du système Glidarc. La combinaison des deux catalyseurs: Fe et TiO a permis de décolorer 91% de l'OD 61 au 2
bout de 3 heures et d'atteindre un taux d'abattement du COT de l'ordre de 52% après 10 heures de traitement.
La méthodologie de la recherche expérimentale a été appliquée dans ce mémoire afin d'étudier
l'influence de: l'intensité du courant, la concentration du colorant et le temps d'électrolyse sur la vitesse de
disparition de l'OD 61 et afin de déterminer les conditions optimales de sa minéralisation. Dans les conditions
-3 -1optimales obtenues ([colorant] = 0,53.10 mol.L , I = 250 mA), le procédé électro-Fenton (EF) permet
d'atteindre des taux de minéralisation de l'ordre de 98% dans le cas de l'OD 61 et l'AO 7 et de 88% dans le cas de
l'indigo carmine. L’identification des produits intermédiaires au cours de l’électrolyse a permis de proposer un
mécanisme de minéralisation de l'AO7. Les constantes cinétiques apparentes et absolues ont été déterminées.
La dégradation de l'indigo a été étudiée par oxydation anodique avec BDD (OA-BDD) et par procédé
photo-Fenton (PF). Cette étude a montré que l'électrolyse de l'indigo suit une cinétique de pseudo premier ordre
et que le taux d'abattement du COT était de l'ordre de 97% et 63% respectivement avec OA-BDD et PF.
Une étude comparative pour l'oxydation de l'AO 7 a été menée par trois procédés d'oxydation avancée:
PF, OA- BDD et EF-Pt et EF-BDD. Cette étude a montré que le procédé photo-Fenton permet d'atteindre des
taux d'abattement supérieurs à 90% après seulement 2 heures de traitement. Toutefois, le PF s'est révélé le plus
coûteux suite à l'utilisation de la lumière artificielle UV et l'ajout des réactifs.
Par ailleurs, le traitement d'un effluent réel issu de l'industrie de textile par le procédé électro-Fenton
avec une anode de platine a permis la minéralisation presque totale du rejet initial (94% du COT initial ont été
élimin