Formulation of adsorbent based on natural materials and their combinations to the electrochemical process for treating industrial effluents - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2021

Formulation of adsorbent based on natural materials and their combinations to the electrochemical process for treating industrial effluents

Formulation d’adsorbant à base de matériaux naturels et leurs combinaisons au procédé électrochimique pour traiter des effluents industriels

Abstract

Olive mill technology generates a considerable amount of solid (olive pomace) and liquid (olive mill wastewater) by-products during olives milling season, usually between November and March. These wastes represent a great challenge for olive oil producers since they must find technical, environmental and economical solutions to manage these by-products. The main objective of this thesis was to explore and propose a complete cycle of olive mill wastes treatment. This is in the framework of a zero liquid and waste discharge approach and promotes the circular economy concept. Two sorbents based on olive pomace chemical activation, i.e., powdered activated carbon within composite alginate beads and granular activated carbon (GAC), were successfully synthetized. Both materials had a structure and a porous morphology that revealed their feasibilities as potential and low-cost bio-sorbents. They were employed in either adsorption or electrosorption for phenolic compounds (PCs) recovery from olive mill wastewater (OMWW). The adsorption of PCs fitted second-order kinetics (R2 = 0.997) and Langmuir isotherms (R2 = 0.995). The thermodynamic parameters for the PCs adsorption onto the bio-adsorbent suggested a spontaneous nature of adsorption, an endothermic reaction and a modification of bio-adsorbent surface during the adsorption process. Thomas's model was better at predicting PCs column adsorption (R2 =0.97). Finally, the investigation of bio-adsorbent regeneration showed that the recovery of phenols from OMWW could be carried out with ethanol (43% of PCs recovered) or hydrochloric acid (90% of PCs recovered). The results of electrochemical characterization of the two bio-adsorbent electrodes showed that the high electroactive surface area, the high value of exchange current intensity (I0) and the low value of charge transfer resistance (RCT) could be promising properties for electrosorption studies. Electrosorption improved the adsorption capacity of the composite beads from 123 to 170 mg g-1 and the removal rate of PCs from 66 to 74% for GAC. Furthermore, the electrosorption of organic compounds was shown for the first time with real wastewater. New models were developed to better understand and predict PCs electrosorption kinetics, including transient mass transport. The remaining organic compounds in OMWW were then eliminated (91 % of chemical oxygen demand (COD) removed) by advanced electro-oxidation treatment, while the bio-adsorbent was regenerated (34.5% of PCs recovered) by an electrochemical method.
Les procédés d’extraction d’huile d’olive génèrent d’énormes quantités de déchets solides (grignons d’olive) et liquides (margines) pendant la saison de l’extraction de l’huile d’olives, généralement entre novembre et mars. Ces déchets représentent un grand défi pour les producteurs d'huile d'olive car ils doivent trouver des solutions techniques, environnementales et économiques pour gérer ces sous-produits. L'objectif principal de cette thèse était d'explorer et de proposer un cycle complet de traitement des déchets de l’extraction de l’huile d’olives. Cette démarche s'inscrit dans le cadre d'une approche zéro rejet liquide et déchets et promeut le concept d'économie circulaire. Deux adsorbants basés sur l'activation chimique des grignons d'olive, c'est-à-dire du charbon actif en poudre incorporé au sein de billes d'alginate composite et du charbon actif en grains (CAG), ont été synthétisés avec succès. Les deux matériaux avaient une structure et une morphologie poreuse qui ont révélé leur faisabilité en tant que bio-adsorbants potentiels et peu coûteux. Ils ont été utilisés en adsorption ou électrosorption pour la récupération des composés phénoliques (CPs) des margines. L'adsorption des CPs correspond à la cinétique de second ordre (R2 = 0.997) et aux isothermes de Langmuir (R2 = 0.995). Les paramètres thermodynamiques pour l'adsorption des CPs sur le bio-adsorbant suggèrent une nature spontanée de l'adsorption, une réaction endothermique et une modification de la surface du bio-adsorbant pendant le processus d'adsorption. Le modèle de Thomas a mieux prédit l'adsorption sur colonne de CPs (R2 =0.97). Enfin, l'étude de la régénération du bio-adsorbant a montré que la récupération des phénols à partir des margines peut être effectuée avec de l'éthanol (43% des CPs récupérés) ou de l'acide chlorhydrique (90% des CPs récupérés). Les résultats de la caractérisation électrochimique des deux électrodes de bio-adsorbant ont montré que la surface électro-active élevée, la valeur élevée de l'intensité du courant d'échange (I0) et la faible valeur de la résistance de transfert de charge (RCT) pourraient être des propriétés prometteuses pour les études d'électrosorption. L'électrosorption a amélioré la capacité d'adsorption des billes composites de 123 à 170 mg g-1 et le taux d'élimination des CPs de 66 à 74% pour le CAG. De plus, l'électrosorption de composés organiques a été démontrée pour la première fois avec des eaux usées réelles. De nouveaux modèles ont été développés pour mieux comprendre et prédire la cinétique d'électrosorption des CPs, y compris le transport de masse transitoire. Les composés organiques restants dans les margines ont ensuite été éliminés (91 % de la demande chimique en oxygène (DCO) éliminée) par un traitement d'électro-oxydation avancé, tandis que le bio-adsorbant a été régénéré (34,5 % des CPs récupérés) par une méthode électrochimique.
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  • HAL Id : tel-03702986 , version 1

Cite

Amina Lissaneddine. Formulation of adsorbent based on natural materials and their combinations to the electrochemical process for treating industrial effluents. Chemical and Process Engineering. Université de Lorraine; Université Cadi Ayyad (Marrakech, Maroc), 2021. English. ⟨NNT : 2021LORR0296⟩. ⟨tel-03702986⟩
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