Coupling study of Adsorption and Photocatalysis for Volatil Organic Compounds degradation
Etude du couplage Adsorption - Photocatalyse au sein d'une même opération unitaire pour la dégradation de Composés Organiques Volatils
Résumé
This study corresponds to a PhD thesis with financial funds of Ademe and both firms: TERA Environnement and Naturamole. The aim is to purpose a solution to treat olfactory compounds generated with industrial gas waste, in particular Ethanol and Ethyl hexanoate, with photocatalytic processes. A reactor is developed to treat pollutants crossing through a photocatalytic media, support of catalyst (TiO2) or catalyst and adsorbent (zeolite or activated carbon) in continuous flow. Range of pollutants concentration and moisture used in laboratory conditions are determined in accordance with numerous industrial measures. The dynamic adsorption of media with TiO2 and TiO2 and zeolite shows the poor contribution of zeolite with ethanol and ethyl hexanoate. Ester adsorption is better on TiO2 than that of ethanol. Yoon and Nelson model let suppose that the limitation step for adsorption is the extern mass transfer. Photocatalytic degradation rate of ethanol follows a Langmuir - Hinshelwood kinetic. Design of experiment describes degradation rate of ester. The moisture inhibits the degradation rate of ethanol but with ester, an optimum in water concentration is observed. The best adsorption yields are obtained with media with TiO2 and activated carbon. Yoon and Nelson model points out different limitation steps for ethyl hexanoate and ethanol. With the studied running conditions, photocatalyst media does not seem to lead to a synergy between adsorption on activated carbon and photocatalysis on TiO2. The adsorption under UV light model seems to confirm that adsorption and photocatalysis are two different steps that occur in series.
Les travaux présentés s'inscrivent dans le cadre d'une thèse Ademe cofinancée par deux entreprises : Tera Environnement et Naturamole. L'objectif du travail est de proposer une solution efficace basée sur les procédés photocatalytiques pour réaliser la dégradation de composés odorants, l'éthanol et l'hexanoate d'éthyle, issus de rejets gazeux industriels. Un réacteur a été conçu pour traiter en régime dynamique les polluants gazeux traversant un média filtrant, support de dioxyde de titane et éventuellement associé à un adsorbant (zéolite ou charbon actif). Des campagnes de mesures sur site industriel ont permis de déterminer les conditions industrielles (concentration et humidité) et de les adapter en vue de l'étude en laboratoire. L'adsorption dynamique des médias constitués de TiO2 et de TiO2 et zéolite précise le faible apport de la zéolite. Une meilleure adsorption de l'ester par rapport à l'alcool est aussi observée. La modélisation des courbes de perçage laisse supposer une adsorption limitée par le transfert de matière externe. La photocatalyse de l'éthanol suit une cinétique de type Langmuir-Hinshelwood. Des plans d'expériences sont employés pour décrire les vitesses de dégradation de l'ester. Un effet inhibiteur de l'eau est observé dans le cas de la dégradation de l'alcool alors que, pour l'ester, il existe un optimum en eau. Les courbes de perçage pour les médias constitués de TiO2 et de charbon actif indiquent deux types de limitations différents pour les composés. La dégradation des polluants avec ces médias montre l'absence de synergie entre l'adsorption sur charbon actif et la photocatalyse sur TiO2 confirmée par une modélisation des deux étapes en série.
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