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Optimisation de la réduction des nitrates par voie électrochimique

Talhi, Bachagha (2010). Optimisation de la réduction des nitrates par voie électrochimique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’objectif de la présente recherche consistait à modéliser et optimiser le rendement de l'électroréduction des nitrates en milieu aqueux et la consommation d'énergie. Après une série d’expériences préliminaires, l'acier inoxydable s'est avéré le meilleur matériau pour les électrodes, par rapport à l'aluminium et le graphite qui ont subit de la corrosion ou de l’érosion. Les effets individuels et les interactions ont par la suite été évalués avec des électrodes en acier inoxydable 316L pour plusieurs paramètres sélectionnés à partir des expériences préliminaires et une revue de la littérature. La distance entre les électrodes, le potentiel (voltage) appliqué, le pH et le temps de réaction ont été les principaux paramètres pris en considération pour la modélisation et l'optimisation. Un plan expérimental factoriel 34 a été adopté pour modéliser le rendement et l’énergie consommée. Dans des conditions optimales, le rendement de la réduction a atteint 80 %. Combiné à une consommation d'énergie minimale de 0,8·10-3 kWh/g-N, le rendement a été de 67 %. Dans un volume de 300 mL, la concentration en nitrates a diminué de 200 à 40 mg-N/L après 120 minutes de réaction. La distance entre les électrodes et le potentiel ainsi que leur interaction ont été les paramètres les plus influents dans le modèle mathématique obtenu. Les résultats de la modélisation ont également été bien corrélés avec ceux expérimentaux. La comparaison des quantités d’hydroxydes théoriques et mesurés a permis de mettre en évidence les effets des réactions secondaires qui influent sur la réduction des nitrates. La meilleure performance a été obtenue pour une distance entre les électrodes d'environ 10 mm, un potentiel de 6,0 V et un temps de réaction de 120 minutes. Les résultats obtenus fournissent des perspectives prometteuses pour développer une technologie peu coûteuse pour éliminer les nitrates.

Résumé traduit

The purpose of the present investigations was to model and optimize the performance of nitrate electroreduction in aqueous media in terms of yield and energy consumption. In reliminary attempts, stainless steel turned out to be the best material for electrodes, as compared to aluminum and graphite which were prone to severe corrosion and erosion. The individual effects and interactions were evaluated on 316L stainless steel electrodes for several parameters selected from preliminary experiments and literature review. The distance between the electrodes, the electric potential (voltage) applied, pH and reaction time are the main parameters considered for modeling and optimization. An 34 factorial design of experiments and measurements was used to model both the yield and energy consumed during the nitration electroreduction process. In optimal operating conditions, the nitrate reduction yield increased up to 80 %. When correlated to a minimum energy consumption of 0.8·10-3 kWh/g-N, the yield was of 67 %. For a volume of 300 mL, the concentration of nitrate decreased from an initial value of 200 to 40 mg-N/L after 120 minutes of processing. The individual effects and interactions of the distance between the electrodes, electric potential were the predominant factor in the mathematical model obtained. Accurate measurements generated high model adequacy, and the calculation data correlated well with the experimental results. Comparison of the calculated and measured amounts of OH ions was discussed in terms of undesirable side-chain reactions that affect nitrate reduction. The best electroreduction performance was obtained for distances between the electrodes around 10 millimeters, an electric potential of 6.0 V and a reaction time of 120 minutes. Regardless to the pollution level, the results obtained provide herein promising prospects to develop a low-cost and very affordable electroreduction technology for nitrate removal.

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 en génie de l'environnement". Bibliogr : f. [83]-85.
Mots-clés libres: Nitrification. Électrochimie. électroréduction des nitrates, plan expérimental, rendement, énergie consommée, modélisation, optimisation
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Monette, Frédéric
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Azzouz, Abdelkrim
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 18 nov. 2010 16:21
Dernière modification: 14 févr. 2017 22:28
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/315

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