Communication Dans Un Congrès Année : 2019

Traitement d'une eau chargée en ciprofloxacine par photocatalyse sous UVA avec TiO2 supporté

Résumé

Malgré une surveillance accrue des sources de pollution, des centaines de micropolluants sont détectés dans le milieu naturel (médicaments, pesticides ...). Cette contamination s'explique en partie par l'inefficacité des traitements classiques en station d'épuration pour dégrader ces molécules et afin de les éliminer, des traitements supplémentaires sont alors nécessaires tels que les Procédés d'Oxydation Avancée (POA). Parmi ces procédés, la photocatalyse présente de nombreux intérêts : la dégradation se fait grâce à la formation de radicaux oxydants non sélectifs produits sans ajout de réactifs, à température ambiante et pression atmosphérique. Le frein au développement de la photocatalyse à grande échelle est lié au fait que le catalyseur (généralement du TiO2) est sous forme de nano-poudre impliquant une séparation finale couteuse. Afin d'éliminer cette opération, il est alors possible de déposer le TiO2 sur un support (verre, métal, adsorbant).

Dans cette étude, la molécule sélectionnée est un antibiotique persistant : la ciprofloxacine (notée CIP, [CIP]0 = 20 mg.L -1 ). Le TiO2 a été synthétisé sur un support en verre en utilisant la technique de Dépôt Chimique en Phase Vapeur (MOCVD) [1] et les performances de deux revêtements de morphologie différente (compact et colonnaire) ont été comparées à celle du TiO2 en poudre. Les figures 1A et 1B représentent le dispositif expérimental : le liquide circule en boucle entre un réservoir intermédiaire et le photo-réacteur ; l'irradiation est assurée au-dessus par un panneau de LEDs (365 nm, irradiance : 10mW/cm²). La plaque de verre (sans ou avec dépôt -figure 1C) est placée sur la partie supérieure du réacteur. Les cinétiques sont suivies par HPLC-UV et le Carbone Organique Totale (COT) est mesuré en début (12mgC/L) et fin de traitement. Du TiO2 P25 (DEGUSSA) a été utilisé pour les essais avec la poudre (5,6 mg et 11,5 mg).

La figure 2A représente l'évolution de la concentration en CIP pour les expériences de photolyse seule, de photocatalyse avec la poudre de TiO2 et les dépôts de TiO2. Sans TiO2, après 10h d'irradiation, 75% de la CIP est dégradée et seulement 8% du COT est éliminé. En présence de poudre de TiO2, 100% de la CIP est dégradée après environ 2h. Pour les deux expériences avec le TiO2 sur verre, la dégradation est complète après 8h de traitement. En présence de TiO2, l'abattement du COT est supérieur à la photolyse: 55% (poudre) et 61% (dépôt). Même si la photolyse dégrade relativement facilement la molécule cible, les principaux intermédiaires réactionnels aromatiques (IRA) n'ont pas été éliminés comme le montre la figure 2(B) [2]. En présence de TiO2, il ne reste plus d'IRA après 6h d'irradiation (figure 2C) or la minéralisation est incomplète : le TOC résiduel est surement dû à la présence de petits acides carboxyliques aliphatiques non détectables dans nos conditions d'analyse [3]. Les efficacités des deux dépôts sont identiques et comparables à celle de la poudre mais leurs cinétiques sont plus lente ce qui pourrait s'expliquer par (i) des cinétiques d'adsorption beaucoup plus rapide avec des particules (ii) une faible quantité de molécules à proximité du catalyseur coté irradiation (iii) une surface disponible pour la réaction de photocatalyse supérieure à celle des dépôts de TiO2 et (iv) une possible recombinaison de la paire électron-trou en raison de la faible quantité d'O2 près du verre. Cette étude montre donc qu'en déposant le TiO2 sur un support en verre par MOCVD les propriétés photocatalytiques sont effectives. Ces résultats confirment que ce type de dépôt est efficace pour une dégradation complète de la CIP avec production d'IRA non toxiques. La même technique de dépôt pourra donc être utilisée pour d'autres supports et en particulier du charbon actif puisque des effets de synergie peuvent être attendus [4].

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Dates et versions

hal-04774195 , version 1 (08-11-2024)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04774195 , version 1

Citer

Thibaut Triquet, Claire Tendero, Romain Richard, Marie-Hélène Manero, Caroline Andriantsiferana. Traitement d'une eau chargée en ciprofloxacine par photocatalyse sous UVA avec TiO2 supporté. 17ème Congrès de la Société Française de Génie des Procédés, Oct 2019, Nantes, France. ⟨hal-04774195⟩
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