Detection and elimination of Chromium(VI) Application to the removal of industrial liquid effluents - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Detection and elimination of Chromium(VI) Application to the removal of industrial liquid effluents

Détection et élimination du Chrome (VI), Application à la dépollution des effluents liquides industriels

Résumé

Chromium is found in many industrial applications, including the production of stainless and refractory steel, pigments, surface treatment, leather tanning. However, this extensive application leads to serious pollution of water sources by Cr(VI), which is considered a CMR agent even at very low concentrations. Therefore, the thorough treatment and accurate measurement of Cr(VI) concentration in our environment is an important and very current issue. Then this project aims to develop a green method for reducing Cr(VI) in an aqueous solution and a high-performance and economical technology to determine [Cr(VI)].First, we develop a plasma-liquid process to efficiently reduce Cr(VI). It consists of a pin-to-pin electrodes system under high pulsed voltage (about 9 kV, 500 µs, 50 Hz) immersed in the solution to be treated. The electrical discharge initiates the generation of reactive reducing species such as (eaq-, Ho, H2O2), which can diffuse into the liquid phase and reduce dissolved Cr(VI) elements. The experimental setup has been first tested in water to study the production of H2O2. Then the reduction of Cr(VI) is studied by varying different physical parameters (applied voltage, inter-electrode distance, applied frequency, and pulse duration). Moreover, to better understand the reduction process of Cr(VI), the production of hydrogen peroxide in Cr(VI) solution is studied. The results show that Cr(VI) is completely reduced after 90 minutes for reference conditions (9 kV, 0.5 mm gap, 50 Hz, and 500 µs) with an energy yield of 4.7×10-4 g/kJ.  The reduction of Cr(VI) increases with the increase of injected energy (by increasing applied voltage), the number of pulses, the number of breakdowns and the pulse duration. Finally, the more H2O2 generated, the higher the Cr(VI) reduction. However, the results also suggest that H2O2 is not the only responsible for the reduction process of Cr(VI) by the PLI method.The second objective of this thesis is to develop an innovative method for measuring Cr(VI) at low concentrations. The approach is based on measuring the absorbance of Cr(VI) using a LED source at 365 nm. The results show that using this method allows analyzing the concentration of Cr(VI) in real-time and in-situ during the treatment process. Moreover, this method can also define when Cr(VI) is completely reduced.
Le chrome est présent dans de nombreuses applications industrielles, notamment la production d'acier inoxydable et réfractaire, les pigments, le traitement de surface, le tannage du cuir. Toutefois, cette application extensive entraîne une grave pollution des sources d'eau par le Cr(VI), qui est considéré comme un agent CMR même à très faible concentration. Par conséquent, le traitement et la mesure précise de la concentration de Cr(VI) dans notre environnement est une problématique actuelle très importante. Ainsi ce projet vise à développer une méthode verte pour réduire le Cr(VI) dans une solution aqueuse et une technologie performante et économique pour mesurer le [Cr(VI)]. Tout d'abord, nous développons un procédé de plasma dans un liquide pour réduire efficacement le Cr(VI). Il s'agit d'un système d'électrodes pointe-pointe sous haute tension pulsée (environ 9 kV, 500 µs, 50 Hz) immergé dans la solution à traiter. La décharge électrique initie la génération d'espèces réductrices réactives telles que (eaq-, Ho, H2O2), qui peuvent diffuser dans la phase liquide et initier la réduction des éléments dissous de Cr(VI). Le dispositif a d'abord été utilisé dans l'eau pour étudier la production de H2O2. Puis une étude paramétrique de la réduction du Cr(VI) est réalisée sur différents paramètres physiques (tension appliquée, distance inter-électrodes, fréquence et durée d'impulsion). De plus, pour mieux comprendre le processus de réduction du Cr(VI), la production de peroxyde d'hydrogène dans une solution de Cr(VI) est étudiée. Les résultats montrent que le Cr(VI) est complètement réduit après 90 minutes pour les conditions de référence (9 kV, 0,5 mm d'écart, 50 Hz et 500 µs) avec un rendement énergétique de 4,7×10-4 g/kJ.  La réduction du Cr(VI) a augmenté avec l'augmentation de l'énergie injectée (en augmentant la tension appliquée), le nombre d'impulsions, le nombre de claquages et la durée des impulsions. Enfin, plus la quantité de H2O2 générée était importante, plus la réduction du Cr(VI) était élevée. Cependant, les résultats suggèrent également que H2O2 n'est pas la seule responsable de la réduction du Cr(VI). Le second objectif de cette thèse est de développer une méthode de mesure innovante pour mesurer le Cr(VI) à de faibles concentrations. L'approche est basée sur la mesure de l'absorbance du Cr(VI) à l'aide d'une source LED à 365 nm. Les résultats montrent que l'utilisation de cette méthode permet de mesurer la concentration de Cr(VI) en temps réel et in-situ pendant le processus de traitement. De plus, cette méthode permet également de définir le moment où le Cr(VI) est complètement réduit.

Domaines

Matériaux
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03937845 , version 1 (13-01-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03937845 , version 1

Citer

Truong Son Nguyen. Detection and elimination of Chromium(VI) Application to the removal of industrial liquid effluents. Materials. Université Paris-Nord - Paris XIII, 2022. English. ⟨NNT : 2022PA131017⟩. ⟨tel-03937845⟩
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