Adsorbants et catalyseurs à base d'argile préparés par voie plasmachimique pour la dépollution des eaux résiduaires industrielles

This work is a contribution to the developpement of a "clean" method for preparing materials that can be used as adsorbents or catalysts for the effective treatment of industrial wastewater. For this purpose, the use of non-thermal plasma at atmospheric pressure is exploited. This method allows generating hydroxyl free radicals from the humidified air. The first part of the work focuses on the influence of plasmachemical treatment of smectite on the ability of the latter to adsorb anionic organic dyes from water. Results obtained in this section show that the treatment of clay by humid air plasma increases the number of hydroxyl groups at its surface. Such hydroxylation improved the adsorptive properties of smectite towards the anionic Orange acid 7 dye. The second part of the work concerns the synthesis of clay-iron (hydr)oxides nanocomposites using the same plasma process. The interest to precipitate iron on clay is to provide this material with the ability to be used as catalyst in the degradation of organic pollutants by the heterogeneous Fenton reaction, while limiting the leaching of the active species. Firstly, the bulk iron (hydr)oxide has been synthesized and tested in the catalytic degradation of Acid Orange 7. The material obtained - identified as a goethite - showed catalytic activity in the degradation of the dye. At the contrary, the hectorite based catalysts synthesized by precipitation-deposition of iron (hydr)oxides on clay have been less active for the degradation of the dye due to their low hydrophobicity and their negative surface charge. Finally, replacement of hectorite by kaolinite led to very active and more stable catalyst for the studied reaction.

(fre) Ce travail s’inscrit dans la mise sur pied d’une méthode verte de modification des argiles pour une application à la dépollution des eaux de rejet des industries. A cet effet, l'emploi du plasma d’arc rampant à pression atmosphérique qui permet de générer les radicaux HO• et NO• à partir des molécules neutres de gaz est mis à profit. La première partie du travail porte sur l’influence du traitement plasmachimique d’une smectite sur sa capacité à adsorber les colorants organiques anioniques dans l’eau. Les résultats obtenus dans cette partie montrent que le traitement d’une argile par plasma d’air humide accroît sa densité en hydroxyles surfaciques. Cette hydroxylation permet d’améliorer de 24% la capacité d’adsorption de la smectite vis-à-vis de l’Orange acide 7. La deuxième partie de cette thèse concerne la synthèse par voie plasma des composites argiles-(hydr)oxydes de fer pour la dégradation des polluants organiques par Fenton hétérogène. Dans un premier temps, les catalyseurs massiques ont été synthétisés et leurs performances catalytiques ont été évaluées. Le matériau obtenu à partir d’un précurseur de sel de Mohr a été identifié comme étant de la goethite. Cette goethite dont les particules ont une forme d’oursins de mer a montré une activité catalytique dans la dégradation de l’Orange acide 7. Par contre, les catalyseurs synthétisés par précipitation-déposition d’(hydr)oxydes de fer sur une hectorite se sont montrés moins efficaces pour la dégradation de ce colorant. Le taux d’abattement de l’Orange acide 7 en présence de ces catalyseurs était inférieur à 15% quelles que soient les conditions expérimentales de réaction. Comme piste d’amélioration, l’hectorite a été remplacée par une argile kaolinitique. Les catalyseurs à base de kaolinite ont été très actifs pour la réaction de Fenton hétérogène et ont permis d’obtenir un abattement total de l’Orange acide 7. Les tests de recyclage effectués ont montré que ces catalyseurs demeurent actifs après une série de trois tests consécutifs.