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Étude de l'électro-conversion d'azote ammoniacal par voie électrochimique

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Amor, Makram (2018). Étude de l'électro-conversion d'azote ammoniacal par voie électrochimique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La problématique persistante de l’azote ammoniacal et le manque d’efficacité des procédés classiques de traitement des eaux usées à faible température imposent le développement de nouvelles techniques pour satisfaire les normes actuelles sur les rejets contenant ce polluant. Dans ce cadre, le présent projet de recherche vise à élaborer et tester une approche novatrice d’enlèvement de l’azote ammoniacal par l’électro-conversion en présence de catalyseurs zéolitiques, avec ouverture vers l’emploi d’aluminosilicates naturels plus disponibles et moins coûteux.

À cet égard, des ensembles de six électrodes en cuivre-nickel (30 %, 70 % M/M) et en acier (AISI 1018) alternées de couches zéolitiques (clinoptilolite) préalablement saturées d’azote ammoniacal ont été utilisées à cet effet en présence ou absence de chlorures. Un suivi de la perte de masse des électrodes en acier a aussi été effectué tout comme une analyse de leur durée de vie. Les résultats obtenus ont démontré qu’en l’absence de zéolite, les rendements de conversion de l’azote ammoniacal ne dépassant guère 50 %. Dans les mêmes conditions, une meilleure efficacité est obtenue lorsque l’azote ammoniacal est fixé sur la zéolite. Ainsi, les rendements obtenus en présence de chlorures dépassent 93 % dans les cas où des électrodes sont en acier, alors qu’en l’absence de ce chlorures le rendement atteint 83 % dans les mêmes conditions. Le suivi de la perte de masse des électrodes en acier a révélé une diminution de 0,63 % de leur masse pour un potentiel de 5 V après 150 min de réaction. Cette perte de masse pourrait toutefois être minimisée en diminuant le potentiel imposé, favorisant alors la réaction spécifique désirée d’électro-réduction de l’azote ammoniacal tout en limitant l’impact de la diminution du potentiel sur le rendement. Ceci ouvre une voie prometteuse pour l’emploi d’aluminosilicates plus économiques pour le traitement d’effluent riche en azote ammoniacal.

Titre traduit

Study of the electro-conversion of ammonia nitrogen by electrochemical

Résumé traduit

The persistent issue of ammonium cation and the unsatisfactory performances of conventional wastewater treatment processes in low temperature impose the implementation of new techniques to meet current standards on discharges containing this pollutant. In this regard, this research project aims to develop and test an innovative approach to the ecological removal of ammonium cation by electro-conversion in the presence of zeolitic catalysts, with openness to the use of natural aluminosilicates more available and cost-effective.

For this purpose, batteries of six copper-nickel electrodes (30 %, 70 % M / M) and steel ones (AISI 1018) alternated by layers of a zeolite (Clinoptilolite) previously saturated with ammonium cation were used in the presence or absence of chlorides. A mass loss test on the steel electrodes was also performed as well as a lifetime analysis of the latter. The results obtained demonstrated that in the absence of zeolite, the conversion efficiency of ammonium cation barely exceed 50 %. Under the same conditions, a better efficiency was obtained when the ammonium cation is fixed on the zeolite. Thus, the yields obtained in the presence of chlorides exceed 93 % when steel electrodes are used, while in the absence of the latter the yields seldom reached 83 % under the same conditions. Monitoring the loss of mass of the life test of the steel electrodes revealed a decreased of 0.63 % of their mass for a 5V potential after 150 minutes of reaction. This loss of mass could however be minimized by reducing the imposed potential, thus favoring the desired specific reaction of electro-reduction of the ammoniacal nitrogen while limiting the impact of the reduction of the potential on the yield. This opens a promising avenue for the use of much cost-effective aluminosilicates.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de l'environnement". Comprend des références bibliographiques (pages 63-68).
Mots-clés libres: azote ammoniacal, traitement électrochimique, zéolite, électro-conversion, rendement, toxicité, énergie consommé
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Monette, Frédéric
Codirecteur:
Codirecteur
Azzouz, Abdelkrim
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de l'environnement
Date de dépôt: 01 nov. 2018 16:08
Dernière modification: 01 nov. 2018 16:08
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2110

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