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Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 292 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 16 Mo |
Extrait
AVERTISSEMENT
Ce document est le fruit d’un long travail approuvé par le jury de
soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l’auteur au même titre que sa
version papier. Ceci implique une obligation de citation et de
référencement lors de l’utilisation de ce document.
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poursuite pénale.
Contact SCD INPL : scdinpl@inpl-nancy.fr
LIENS
Code de la propriété intellectuelle. Articles L 122.4
Code de la propriété intellectuelle. Articles L 335.2 – L 335.10
http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE – I..LN. .P
ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES INDUSTRIES CHIMIQU –E SE.N.S.I.C.
Département de Chimie Physique des Réactions, UMR6 730 CNRS, Nancy-Université
THESE
Présentée à l’INPL
Ecole Doctorale RP2E : Ressources, Procédés, Prodtsu,i Environnement
Pour l’obtention du diplôme de
DOCTEUR
Spécialité : Génie des Procédés
par
Guillaume VINCENT
Procédé d'élimination de la pollution de l'air par
traitement photocatalytique : application aux COVs
Soutenue publiquement le 4 septembre 2008 devant l aCommission d’Examen
Rapporteurs : Mme Chantal GUILLARD
M. Didier ROBERT
Examinateurs : Mme Christa FITTSCHEN
M. Eric SCHAER
M. Paul-Marie MARQUAIRE
M. Orfan ZAHRAA
Invité : M. Michel BOUCHY Remerciements
Ce travail a été réalisé au DCPR (Département Chimie Physique des Réactions à l’Ecole
Nationale des Industries Chimiques).
J’aimerais tout d’abord remercier mes responsables de thèse, Messieurs Paul-Marie
Marquaire et Orfan Zahraa, qui ont rendu ce travail à la fois très motivant et
enrichissant. Ils ont su m’accorder leur confiance et leur soutien durant mes
investigations de recherche.
Ce travail a été effectué en collaboration avec le PC2A (Physico-Chimie des Processus
de Combustion et de l’Atmosphère). Je remercie en particulier Madame Christa
Fittschen pour son aide précieuse et ses discussions fructueuses sur les techniques
spectroscopiques inhérentes à la détection de radicaux en phase gazeuse.
Je remercie Messieurs Michel Bouchy, Eric Schaer et Paul-Marie Marquaire du DCPR
qui ont su contribuer à l’enrichissement de ma thèse, en particulier, dans des domaines
complémentaires tels que la photochimie, la dynamique des fluides et la cinétique
radicalaire.
Que Madame Chantal Guillard et Monsieur Didier Robert trouvent ici l’expression de
ma profonde gratitude pour avoir accepté de juger ce travail en tant que rapporteurs.
Que Messieurs Eric Schaer, Michel Bouchy et Madame Christa Fittschen soient assurés
de ma reconnaissance pour avoir accepté de faire partie de ce jury malgré toutes leurs
obligations.
Je tiens à exprimer également ma reconnaissance et mon amitié à l’ensemble du
personnel technique et administratif pour sa contribution au bon déroulement de ces
travaux.
Enfin, j’exprime ma plus grande reconnaissance à mon épouse, Emilie, pour son soutien
moral et affectif. diffussiioonn
H O2
-e
-e
H O2
hν TiO2
OH•
+h
++hhHH OO2 2
OH•OH• OH•hν
HH OO22 22
Gas phase
OH•
Illustration de la diffusion d’espèces oxygénées actives dans la phase gazeuse lors
d’un processus photocatalytique
adsorption
diffusionSommaire
Chapitre I : Processus photocatalytique – Etat de l’art 1
Introduction générale 1
I. Traitements classiques des COVs 3
A. Procédés destructifs 3
B. Procédés avec transfert et récupération 4
C. Une technique prometteuse en émergence : la photocatalyse 6
II. Photocatalyse hétérogène 7
A. Principe de la catalyse hétérogène 7
B. Principe de la photocatalyse 9
C. Les semi-conducteurs en photocatalyse 11
D. Facteurs influençant le processus photocatalytique 12
E. Réacteurs utilisant la lumière artificielle 28
F. Réacteurs solaires 38
Conclusion du Chapitre I 41
Chapitre II : Méthodes expérimentales 43
I. Dispositif expérimental 43
A. Préparation du mélange gazeux 44
B. Composition du mélange gazeux à l’entrée du réacteur 48
II. Caractéristiques du réacteur annulaire 51
A. Configuration du réacteur annulaire 51
B. Caractéristiques de la source UV 53
C. Caractérisation des supports photocatalytiques 56
D. Caractérisation du réacteur annulaire 63
III. Analyse du mélange gazeux 75
A. Dispositif d’échantillonnage 75
B. Conditions chromatographiques en phase gazeuse 76
C. Etalonnage du système chromatographique 77
IV. Répétabilité de la mesure 79
V. Conditions de fonctionnement de l’unité photocatalytique 80
Conclusion du Chapitre II 82
Sommaire
Chapitre III : Dégradation photocatalytique de la méthyléthylcétone (MEK) 83
I. Etude de la limitation du transport (fibres de verre) 85
II. Influence de la concentration initiale 86
III. Influence de l’éclairement incident 90
IV. Influence de l’oxygène et de l’humidité relative (fibres de verre) 96
V. Sous-produits de la dégradation photocatalytique de la MEK 98
A. Identification des sous-produits 98
B. Effet de l’humidité relative sur la production d’acétaldéhyde
(fibres de verre) 100
C. Modèle de Langmuir-Hinshelwood avec compétition
d’adsorption 101
D. Mécanisme de dégradation photocatalytique de la MEK 106
Conclusion du Chapitre III 110
Chapitre IV : Dégradation photocatalytique de l’acétone 112
I. Transfert de masse externe et interne 113
A. Transport externe 113
B. Transport interne 115
II. Influence de la concentration initiale 116
III. Effet de l’éclairement incident 119
IV. Effet du temps de contact 122
V. Effet de l’humidité relative 125
VI. Produits intermédiaires de la réaction 127
A. Identification des sous-produits de l’acétone 127
B. Mécanisme de dégradation photocatalytique de l’acétone 130
Conclusion du Chapitre IV 134
Chapitre V : Dégradation photocatalytique du 1-propanol 136
I. Identification des sous-produits en phase gazeuse 137
II. Mise en régime du photoréacteur 138
III. Influence de la concentration initiale 142
IV. Influence de l’éclairement incident 151 Sommaire
V. Influence du temps de contact 156
VI. Influence de l’humidité relative 158
VII. Mécanisme de dégradation photocatalytique du 1-propanol 161
Conclusion du Chapitre V 164
Chapitre VI : Réactions hétéro-homogènes en photocatalyse 167
I. Piégeage des radicaux hydroxyles (OH•) par l’acide salicylique 169
A. Principe du piégeage des radicaux hydroxyles (OH•) 169
B. Dispositif expérimental utilisé pour le piégeage des radicaux
hydroxyles (OH•) 170
C. Détermination de la concentration en radicaux hydroxyles 174
D. Résultats du piégeage des radicaux hydroxyles 175
II. Détection des radicaux HO • par cw-CRDS 176 2
A. CRDS : principes généraux 177
B. Dispositif expérimental de cw-CRDS 181
C. Résultats et discussion 186
III. Détection des radicaux OH• par LIF 191
A. Principe de la fluorescence 191
B. Dispositif expérimental de LIF 192
C. Résultats et discussion 196
Conclusion du Chapitre VI 207
Conclusions & Perspectives 209
Références bibliographiques 214
Annexes
Chapitre I
Processus photocatalytique
–
Etat de l’art Chapitre I : Processus photocatalytique – Etat de l’art
A l’exception de quelques phénomènes naturels (éruptions volcaniques, feux de forêts,
processus de fermentation etc.), la dégradation de la qualité de l’air est le résultat des
activités anthropiques et les polluants sont nombreux,