Utilisations de charbons actifs dans des procédés d'adsorption de Composés Organiques Volatils et des procédés de catalyse dans l'eau., Uses of activated carbon in processes of Volatile Organic compounds adsorption and processes of catalysis in water

Nicolas Kania

Description

Sous la direction de Eric Monflier, Anne Ponchel
Thèse soutenue le 22 avril 2010: Artois
Ces travaux de thèse portent sur la réduction des émissions de composés organiques volatils (COV)via deux approches : La première est une approche dite « curative » visant à améliorer l’efficacité deméthodes récupératrices à base de charbon actif en incorporant des cyclodextrines (CDs) dans leprocédé. L’objectif était de combiner les propriétés adsorbantes des charbons actifs avec les propriétéscomplexantes des CDs. Dès lors, deux procédés de piégeage de COV ont été étudiés : i) par adsorptionen présence de charbon actif modifié par des cyclodextrines et ii) par adsorption/absorption enprésence d’une solution aqueuse contenant le charbon actif en suspension et des CDs. Le choix duCOV s’est porté sur des COVs chlorés peu solubles tels que le chlorobenzène, le tétrachlorure decarbone et le mono chlorure de vinyle. La seconde approche dite par « réduction à la source »,cherchait à limiter l’utilisation de solvant organique en catalyse via un procédé de catalyse dans l’eau.Ainsi, nous avons cherché à tirer profit des capacités d'adsorption élevées des charbons actifs nonmodifiés afin d'améliorer le transfert de masse de substrats hautement hydrophobes en catalysebiphasique aqueuse. Le charbon actif a été employé en tant qu’agent de transfert de phase dont le butétait de faciliter la rencontre entre le substrat hautement hydrophobe et un catalyseur hydrosoluble. Lafaisabilité d’un tel procédé a été démontrée vis-à-vis d’une réaction modèle de catalyse biphasiqueaqueuse développée au laboratoire.
-Charbon actif
-Cyclodextrines
-Adsorption
-Catalyse biphasique
-Composes organiques volatils
-Palladium
-Trost-Tsuji
This work focus on the reduction of volatile organic compounds (VOC) emissions through twodifferent approaches : the first one so called « cleaning » approach aiming at increasing theeffectiveness of activated carbon adsorption process by incorporating cyclodextrins (CDs) on hissurface. The objective was to combine the activated carbon adsorbent properties with the CDschelating properties. Thus two processes of VOC trapping were studied : i) adsorption onto activatedcarbon modified by cyclodextrins and ii) adsorption/absorption with an aqueous solution containingactivated carbon in suspension and CDs. We chose chlorinated VOC with a low solubility in watersuch as chlorobenzene, carbon tetrachloride and mono vinyl chloride. The second approach so called« source reduction », tried to limit the use of organic solvent by developing a new water catalyticprocess. We sought to use the high adsorption capacities of unmodified activated carbon in order toimprove the mass transfer of highly hydrophobic substrates in aqueous biphasic catalysis. Theactivated carbon was employed as a phase transfer agent in order to facilitate the reaction between thehighly hydrophobic substrate and a water-soluble catalyst. The feasibility of such process has beenproved through an aqueous biphasic catalysis reaction developed in the laboratory.
Source: http://www.theses.fr/2010ARTO0408/document

Sujets

• Charbon activé
• Composé organique volatil

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

THESE


Présentée à


L’UNIVERSITE D’ARTOIS

FACULTE DES SCIENCES JEAN PERRIN


Pour obtenir le grade de


DOCTEUR EN CHIMIE ORGANIQUE ET MACROMOLECULAIRE


Par


Nicolas KANIA




UUUtttiiillliiisssaaatttiiiooonnnsss dddeee ccchhhaaarrrbbbooonnnsss aaaccctttiiifffsss dddaaannnsss dddeeesss ppprrrooocccééédddééésss
d’adsorption de Composés Organiques Volatils et des
procédés de catalyse dans l’eau.





Soutenue le 22 avril 2010 devant la commission d’examen :


MM.. PPhhiilliippppee BBuurrgg,, PPrrooffeesssseeuurr ((Université Paul Verlaine de Metz) Rapporteur,
me
M Catherine Pinel, Directrice de Recherches CNRS (Lyon) Rapporteur,
M. Christophe Stavrakakis, Ingénieur ADEME (Angers) Examinateur,
meM Anne Ponchel, Professeur (Université d’Artois de Lens) Co-Directrice,
MM.. EErriicc MMoonnfflliieerr,, PPrrooffeesssseeuurr ((UUnniivveerrssiittéé dd’’AArrttooiiss de Lens) Co-Directeur.

















































PEFC/10-31-714

























A Maiiie,
A ma famille,
et tous ceux qui comptent pour moi.






Ce travail de recherche, cofinancé par l’ADEME (Agence de l'Environnement et de la
Maîtrise de l'Energie) et la Région Nord - Pas de Calais, a été réalisé au sein du Laboratoire
de Physico-Chimie des Interfaces et Applications (LPCIA, FRE CNRS 2485) devenu Unité de
erCatalyse et de Chimie du Solide (UCCS Artois, UMR CNRS 8181) au 1 janvier 2008.

Mes remerciements vont tout naturellement à Monsieur Eric Monflier, Professeur à
l’Université d’Artois, directeur de l’UCCS Artois et co-directeur de thèse. Je tiens à lui
témoigner toute ma gratitude pour m’avoir accueilli au sein de son laboratoire et avoir suivi
l’ensemble de mes travaux scientifiques. Grâce à ses précieux conseils et à son optimisme à
toutes épreuves, j’ai appris à ne jamais baisser la tête devant l’adversité.

Je tiens également à exprimer toute ma reconnaissance à Madame Anne Ponchel,
Professeur à l’Université d’Artois et co-directice de thèse, pour l’encadrement et la bonne
conduite de mes recherches. Ta rigueur scientifique et ta bonne humeur font de toi une
personne exceptionnelle.

Je voudrais adresser mes plus sincères remerciements à Madame Catherine Pinel,
Directrice de Recherches du CNRS à l’Institut de Recherches sur la Catalyse et
l’Environnement de Lyon et à Monsieur Philippe Burg, Professeur et vice-président du
conseil scientifique de l’Université Paul Verlaine de Metz, d’avoir apporté leur caution
scientifique en acceptant de juger ce travail.

Je remercie également Monsieur Christophe Stavrakakis, Ingénieur ADEME au
Département des Procédés Industriels et Agricoles de participer à ce jury en qualité
d’examinateur.

Je voudrais adresser mes plus sincères remerciements à Madame Anne Paillier,
Ingénieur ADEME, pour le suivi de mes travaux scientifiques pendant ces trois années.

Je tiens à adresser une reconnaissance toute particulière à Monsieur Hervé Bricout,
Maître de conférences à l’Université d’Artois, pour son implication dans mon travail. Mister
Bricout, ta gentillesse te perdra (maintenant que j’ai compris l’histoire des siamoises et du
clairon, il reste toujours le truc des poules sur le mur). Je ne peux oublier Monsieur Frédéric
Hapiot, Maître de conférences (à ce jour) à l’Université d’Artois, nos discussions d’ordre
- i -


scientifique (qu’est ce qui tourne dans cette réaction ?) ou futile (la série Far Cry est la
meilleure) m’ont beaucoup aidé à avancer. Merci beaucoup à vous deux les gars.

Je voudrais également remercier Madame Sophie Fourmentin, Professeur à
l’Université du Littoral de Dunkerque, pour les déterminations de constantes d’association
effectuées par headspace. Monsieur Christophe Diévart technicien chimiste à la Société
Artésienne de Vinyle de Bully les Mines pour les analyses Turbiscan. Monsieur Bastien
Léger, Maître de conférences à l’Université d’Artois, pour sa participation à mes recherches
(« Mister Light, the greatest, the unbelievable, from the Nuchar team », « non mais là, non
mais là, non mais là, c’est X-Files », pour info : mes mains tournent en écrivant ces quelques
phrases et ce n’est pas facile).

Mes pensées vont également vers toutes les personnes du laboratoire, Professeurs,
Maîtres de conférences et Personnels techniques pour leur sympathie et leur gentillesse. Merci
tout particulièrement à J-F B. pour les analyses Raman, Greg pour les analyses RMN, Seb T.
pour les conseils immobiliers, Dom pour les conseils d’ordre scientifique ou personnel,
Antonio pour la microscopie et Luc pour mes nombreux problèmes techniques et
informatiques.

Je ne peux oublier tous mes collègues de paillasse et aujourd’hui amis avec lesquels
ces trois années resteront à jamais gravées dans ma mémoire. Dans un premier temps, un
grand merci à la bande de « Renards », Ju (des BBB inoubliables mais pense à changer
d’arme !), Mich (il serait trop facile de dire que tu ne connais rien au football ou que tu es
mauvais à PES. Mon gars on va bientôt « parler d’égal à égal » mais « yé quelle heure là ? »),
Jérèm (alias Mickael, le coloc grâce à qui Lincoln a fait parti de la bande des snickers) et
Anthosteack (tu as de la chance que je te parle encore depuis ce fatidique 9 juillet 2006, mais
je crois que c’est à cause des kluskis). Les gars Coffee Break ?

Merci aux plus récemment arrivés, Natacha (après celle de Michel c’est ma place que
tu convoites, je te la donnerai pour m’excuser mais je te rappelle que ma tarte à la bière était
bonne), Emilie (la reine de l’intérim’), Lucie (celle qui, pour ses élèves, est une bonne
enseignante), Stéph (le frère, fan du son underground) et Fred W. (the new teacher).

- ii -


Merci aux anciens, Véro (maintenant j’adore la vaisselle), Cécile (à nous deux, on peut
créer un magazine people), Shahrazad (j’espère l’avoir bien écrit), Aurore (CK underwear
portés bizarrement), Andy (le pyromane champion du fall and cold), Vinssss (big up, la
semaine prochaine on a un match de foot, t’es libre ?), Quin’s (le Jackson Richardson des
pigeons), Qi (à l’initiative de ma phobie des balais) et Nassim (le chat noir).

Je remercie toutes les autres personnes que j’ai pu côtoyer au sein du laboratoire
Rachel, Adlane, Sandrine & Seb S., Delphine, Marc, J-F H. (p’tit canus), Zhen, Aline, Ngan
(on va faire les manifs ou la RMN avec guéguowhi ?), Claire (zen…), Félix (Sylvain Mirouf),
Gokul (avec toi, palladium a un tout autre sens), Rudy, Jonathan, David & Jérome (les pass-
partout de l’Université pour les discussions du soir avant fermeture), les « drôles de dames »
du C103 (Emilie, Isabelle, Nana et Pascale) et mes préparatrices préférées, Amélie
(Tupperwoman), Christelle (la maman) et Sandrine (bisou à mon fils).

Je salue également mes amis les plus proches, Damien (en y repensant c’est grâce à
cette faculté que j’ai eu la chance de te rencontrer, mais c’est pour quand le jeu de la
moutarde ?), Monsieur War (encore désolé pour les répètes manquées mec, mais tu vois ça
paye), Elodie (j’étais encore à la fac mais tu vois, j’ai mûri), Sarah (ouiiiiii Mécé, c’est
vachement cool), aux Nébys (Mini Chabal et Flash pipi), aux membres de mes groupes
anciens et actuels … La musique donne une âme à nos cœurs et des ailes à la pensée …

Enfin, je tiens à témoigner ma plus grande gratitude à Maiiie qui a subi, bien plus que
les autres, mes sautes d’humeur pendant ces années (merci la meuf !), à mes parents et ma
sœur qui ont toujo