IRPI : Procédés d’Activations et d’Oxydations Avancées pour l’Environnement

Ce thème regroupe les activités de design et concept de réacteurs pour la dépollution. Les domaines d’application concernent le traitement de l’eau, de l’air, des boues et la régénération de matériaux.

Oxydations avancées et adsorption pour le traitement d’effluents industriels

La thématique « traitement de l’eau et de l’air » a été renforcée par le développement de Procédés d’Oxydations Avancées : la photocatalyse, les procédés Fenton et photo-Fenton, l’ozonation et l’électrochimie. Le point commun de ces techniques est leur capacité à générer des oxydants puissants et non sélectifs, tels que le radical hydroxyle OH•. Ces techniques sont couplées ou non à l’adsorption, appliquées au traitement d’effluents industriels ou à l’élimination de micropolluants, pour des concentrations et des cibles variées (médicaments, pesticides, hydrocarbures polycycliques aromatiques et colorants). 

Les performances des oxydations seules sont comparées avec celles obtenues en couplant avec une adsorption. Plusieurs couplages ont été étudiés : séquentiel (adsorption puis oxydation régénérative) pour diminuer les coûts, et simultané pour rechercher un effet de synergie entre les deux techniques. Le traitement d’effluents synthétiques très faiblement concentrés, mais aussi d’effluents réels a conduit à nous équiper de matériel adapté à ces effluents complexes (COTmètre), à développer des techniques analytiques de pointe (GC-MS, LC-MS et LC-DAD) et à collaborer avec d’autres laboratoires spécialisés en analytique. Tout un panel de techniques a été aussi utilisé pour suivre l’évolution des propriétés physico- chimiques des matériaux utilisés (microscopie, porosimétrie, thermogravimétrie, chimisorption, analyse élémentaire, spectrométrie…).

L’un des points clés de ces procédés couplés est le choix du matériau solide, à la fois adsorbant et catalyseur. Les différentes études ont permis de travailler sur des charbons actifs, sur des zéolithes commerciales [1] [2], ou sur des matériaux composites. Ainsi, une originalité de l’approche a consisté à fixer le TiO2, catalyseur de photocatalyse, par dépôt en phase vapeur d’oxyde métallique (CVD) à la surface de l’adsorbant, évitant l’opération de séparation des nanoparticules de TiO2. 

Dans le même esprit, Fe2+ dissous, catalyseur de l’oxydation (photo-)Fenton traditionnelle, a été remplacé par des oxydes de fer, non supportés [4] ou déposés sur charbons actifs ou zéolithes. Ces études nous ont permis de proposer des designs de réacteurs continus adaptés aux applications visées : traitement d’effluents de sortie d’hôpital (ANR PANACEE 2009), d’effluents industriels bio-récalcitrant (ANR PHARE 2006), d’eau chargée en pesticides (FUI INNOPOM 2012), d’eaux usées de la pétrochimie (ANR PETZECO 2010), d’air chargé en C.O.V. (FUI INNOPOM 2012).

Oxydations avancées et activation par ultrasons

La synergie des couplages est également attendue lors de l’activation par les ultrasons basse fréquence de réactions catalytiques hétérogènes d’oxydation avancée, couplées ou non à la filtration membranaire. 

L’objectif ici est le développement de procédés continus de traitement des eaux assurant des performances stables du catalyseur (par réactivation de sa surface) et de la membrane (décolmatage) (ANR SOFENcoMEM, 2015).