Dégradation des polluants organiques dans l’eau par sonochimie et procédés innovants d’oxydation

Abstract

La dégradation d’un colorant textile très persistant, le bleu de toluidine (BT), dans des solutions aqueuses a été réalisée en utilisant des ultrasons à très haute fréquence (1700 kHz), du persulfate activité thermiquement combiné avec des ultrasons (procédé sono-hybride) et d’un nouveau procédé d’oxydation avancé basé sur le système réactionnel H2O2/périodate. Le réacteur sonochimique adopté a été initialement caractérisé. Il a été trouvé que la taille des bulles actives est entre 0,23 et 3 µm. Le nombre de bulles actives augmente de 6,1142.108 s-1 L-1 à 25 °C à 4,46844.109 s-1 L-1 à 55 °C. Les bulles les plus actives étaient celles atteignant une température de 4000 K et une pression de 1000 atm à l’effondrement. Le champ de cavitation caractérisé élimine efficacement le BT par réaction avec les radicaux hydroxyles. Le meilleur taux d’élimination du BT a été obtenu sous saturation d’argon, mais le CO2 a complètement supprimé le processus de dégradation. Le taux de dégradation a été sensiblement amélioré avec l’augmentation de la concentration initiale du substrat et du pH de la solution, tandis que la température du liquide n’a pas affecté le processus de dégradation. L’acide formique, en tant que concurrent organique, a considérablement réduit la vitesse de dégradation du colorant. L’effet de la température du liquide sur la dégradation sonochimique du BT dépend fortement de la concentration initiale de colorant (C0). Pour C0 = 0,5 et 2 mg L-1, l’augmentation de la température du liquide jusqu’à 60 °C n’a pratiquement pas d’impact significatif sur la vitesse de dégradation du colorant. Cependant, pour des C0 plus élevées (> 2 mg L-1), la vitesse de dégradation augmente considérablement avec l’augmentation de la température du liquide jusqu’à 50 °C et puis diminue. Dans ce cas, plus la concentration initiale du colorant est élevée, plus la vitesse de dégradation est rapide. La synergie résultant de l’application simultanée des ultrasons (1700 kHz, 15 W) et du persulfate activé thermiquement (PSAT) pour la dégradation du BT dépend également des paramètres opératoires. Dans le processus sono-hybride, les effets chimiques des ultrasons et de la cavitation sont importants à la fois pour la dégradation du substrat et l’activation du persulfate. L’effet synergique a été observé pour des températures élevées, de concentrations modérées en substrat, un pH neutre et une faible dose de persulfate. Le système H2O2/IO4− a été exploré pour la première fois comme étant un nouveau procédé d’oxydation avancé pour l’élimination rapide du BT. Plusieurs espèces réactives, oxygénées (O2●−, ●OH, 1O2) et iodées (IO3●, IO4●), sont formées lors de la réaction du periodate avec le peroxyde d’hydrogène. En appliquant ce système, 98 % du BT et 73 % du COT initial ont été éliminés après seulement 1 min de traitement lorsqu’un rapport molaire de 10 entre le H2O2 et le IO4− a été utilisé. Il a été montré que ●OH, 1O2 et IO3● participent à la dégradation, mais O2●– n’agit qu’un précurseur aux autres espèces réactives. Les conditions expérimentales affectant la performance du procédé ont été soigneusement examinées après avoir discuté du mécanisme réactionnel. Le procédé a montré une grande similitude aux autres POAs. L’addition des sels minéraux ralentisse l’efficacité de dégradation du BT. La seule exception est celle des ions bicarbonate qui ont accéléré l’efficacité du procédé (à un pH spécifique), via l’implication potentielle du radical carbonate généré par la réaction des espèces réactives avec les ions HCO3−. L’effet bénéfique du bicarbonate n’a été observé qu’à une faible concentration de cette espèce. La dégradation du BT dans l’eau de mer, l’eau minérale et l’effluent secondaire de la station d’épuration a montré une diminution significative de l’efficacité du procédé à pH 5,4, mais pour un pH de 7,6, la perte dans le rendement de dégradation est moins faible.