Traitement des eaux contaminées par des polluants organiques par couplage de procédés physico-chimiques

Abstract

La présente thèse propose une approche novatrice visant à améliorer l'efficacité de la dégradation des polluants organiques dans les milieux aqueux en combinant différents procédés physico-chimiques, notamment la photocatalyse, la sonocatalyse et le couplage sonophotocatalyse. Dans un premier temps, les semi-conducteurs de type spinelle, notamment l’aluminate de zinc (ZnAl2O4) et l’aluminate de magnésium (MgAl2O4), ont été synthétisés par co-précipitation pour éliminer trois polluants organiques courants : la Tétracycline (TC), la Céfuroxime (CFX) et la Rhodamine B (RhB). Les caractéristiques des semi-conducteurs ont été étudiées en détail grâce à diverses techniques de caractérisation dont la DRX, le MEB/EDS, la DLS, la XPS, la BET, le gap et des analyses électrochimiques pour établir leur diagramme énergétique. Ensuite, le modèle et le mécanisme de dégradation des polluants ont été explorés pour évaluer l'efficacité des différents procédés, à la fois individuellement et lorsqu'ils sont combinés. Les paramètres clés tels que le pH, la concentration de catalyseurs et la concentration de polluants ont été minutieusement étudiés pour optimiser les conditions de traitement. Les tests de photodégradation ont révélé des taux de d’élimination élevés des polluants sur les deux semi-conducteurs ZnAl2O4 et MgAl2O4 dans des conditions de fonctionnement optimales. La cinétique montre une disparition quasi complète de la TC (92%) et partielle du CFX (63%) et RhB (70%) par photocatalyse solaire, tandis que la photocatalyse sous irradiation artificielle (lampe) montre une dégradation totale de TC (98%), partielle du CFX (62%), et insuffisante pour la RhB (28%). L'ajout de faibles concentrations de H2O2 maximise le taux de dégradation et permet une dégradation complète des polluants pouvant atteindre 99%. En outre, la dégradation sonocatalytique a montré une faible dégradation, voire insignifiante, du colorant Rhodamine B et de l'antibiotique Céfuroxime, contrairement à l'antibiotique Tétracycline où le taux de dégradation en présence de ZnAl2O4 a atteint les 70%. En fin, le couplage sonophotocatalytique présente une dégradation significative des polluants, atteignant jusqu'à 70%. L'ajout de H2O2 a considérablement amélioré les performances de dégradation, avec un rendement approchant les 99%. Par ailleurs, l'évaluation de la minéralisation des contaminants organiques au fil du temps a révélé des résultats prometteurs, avec une minéralisation qui arrive à 80% par photocatalyse solaire et UV. Le couplage des procédés a démontré une nette amélioration de la minéralisation par rapport aux procédés individuels, atteignant un taux de 90%. Ces résultats mettent en lumière l'importance de l'utilisation synergique de différents procédés pour une élimination efficace et durable des polluants organiques des milieux aquatiques, contribuant ainsi à la préservation de la qualité de l'eau et à la protection de l'environnement.