Séparation avec transfert-réaction

Oxydation photocatalytique

La photocatalyse hétérogène est un procédé particulièrement adapté pour la dégradation COV ou encore pour l’élimination des micropolluants aqueux. Malgré un nombre d’études grandissant depuis une vingtaine d’année démontrant l’efficacité de ce procédé, le développement des systèmes photocatalytiques reste encore assez peu répandu à cause d’éléments bloquants sur lesquels nous avons focalisé nos actions. Il s’agit notamment :

  • de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes réactionnels impliqués pour connaître les limites de mise en oeuvre d’un procédé et d’en tirer des conclusions en termes d’ajustement des paramètres opératoires,
  • d’établir des chemins réactionnels des molécules cibles pour connaître les éventuels composés intermédiaires potentiellement néfastes, d’en limiter la production et de les dégrader,
  • d’augmenter l’activité photocatalytique sous irradiations ultraviolettes et visibles,
  • d’améliorer les taux de conversion avec un coût énergétique limité.

De façon à approfondir les connaissances sur les phénomènes réactionnels mis en jeu, la relation entre les efficacités de dégradation déterminées expérimentalement et les propriétés physico-chimiques et de structure des molécules à dégrader a fait l’objet de travaux. Pour ce faire, il a été recherché de corréler les efficacités de dégradation avec des descripteurs moléculaires de polluant modèles et d’en déduire les mécanismes prépondérants lors du processus de photocatalyse hétérogène. La formation d’intermédiaires réactionnels représente un élément bloquant pour le développement des procédés d’oxydation. Un programme de thèse, en collaboration avec l’Ecole des Mines de Douai, a démarré avec pour objectifs le développement de méthodes analytiques permettant de suivre la dégradation de polluants à des concentrations de l’ordre du μg/m3 et d’identifier une majorité d’intermédiaires réactionnel.
Enfin, dans le cadre du projet Européen « Clean water », des matériaux à base de dioxyde de titane activables par la lumière solaire (UV et visible) sont testés pour une application en traitement de l’eau, notamment pour l’élimination de polluants émergents.

Biofiltres / biolaveurs / marais filtrants

Les biofiltres industriels sont de grandes dimensions du fait de réactions biologiques lentes. Afin d’accélérer les processus, des formulations de garnissage servant de support bactérien sont développées. De plus, des travaux sont en cours sur le traitement biologique de molécules volatiles faiblement solubles et sur la régénération biologique du solvant utilisé lors d’un procédé de transfert gaz - liquide. Les travaux développés correspondent à :

  • la sélection de nouveaux matériaux filtrants, peu coûteux, durables et suffisamment disponibles,
  • l'enrichissement du lit filtrant par l'ajout d'éléments nutritifs solides,
  • la modélisation mathématique des performances de ces matériaux (via les cinétiques de dégradation des polluants),
  • la modélisation mathématique des pertes de charge permettant d'atteindre les paramètres"tortuosité" et "surface active au transfert" du lit filtrant,
  • le suivi des capacités de traitement de biofiltres industriels,
  • l’étude du transfert de matière dans les systèmes multiphasiques gaz-liquide-liquide.

De plus, l’intégration de procédés dans le traitement des eaux usées par utilisation de sous produits de l’industrie métallurgique pour la fixation du phosphore combinée à des marais filtrant est étudiée dans le cadre du programme européen SLASORB.

Elaboration / utilisation d’adsorbants à partir de déchets
Les métaux lourds et les métalloïdes, tel que l’arsenic, présents dans l’eau montrent une toxicité reconnue. Des matériaux adsorbants faibles coûts tels que des algues brunes ou des pulpes de betterave, sous produits de l’industrie agroalimentaire, sont utilisés pour la détoxification de l’eau. La mise en oeuvre de couplage adsorption - séparation membranaire sur unité pilote permet de définir les conditions opératoires optimales et les applications potentielles. Dans ce cadre, des matériaux carbonés poreux fonctionnalisés sont produits à partir de déchets ou résidus tels que des boues de station d’épuration, sous-produits agricoles. Les études concernent l’optimisation des conditions opératoires de carbonisation et d’activation des précurseurs et la caractérisation physico-chimique des matériaux carbonés obtenus. Les performances de ces matériaux adsorbants sont ensuite testées vis-à-vis de différentes familles de polluants : composés organiques, colorants, métaux et métalloïdes.