Ultrasound in gas–liquid systems: Effects on solubility and mass transfer

The effect of ultrasound on the pseudo-solubility of nitrogen in water and on gas–liquid mass transfer kinetics has been investigated in an autoclave reactor equipped with a gas induced impeller. In order to use organic liquids and to investigate the effect of pressure, gas–liquid mass transfer coefficient was calculated from the evolution of autoclave pressure during gas absorption to avoid any side-effects of ultrasound on the concentrations measurements. Ultrasound effect on the apparent solubility is very low (below 12%). Conversely ultrasound greatly improves gas–liquid mass transfer, especially below gas induction speed, this improvement being boosted by pressure. In typical conditions of organic synthesis: 323 K, 1100 rpm, 10 bar, kL a is multiplied by 11 with ultrasound (20 kHz/62.6 W). The impact of sonication is much higher on gassing out than on gassing in. In the same conditions, this enhancement is at least five times higher for degassing

Role of Lewis acid sites of ZSM-5 zeolite on gaseous ozone abatement

In this work, chemical interactions between ozone and zeolite surface active sites are studied in order to propose a process for gaseous ozone removal. Synthetic ZSM-5 zeolites with three different Si/Al2 ratios and similar specific surface areas and microporous volumes were used in this study. Zeolite samples were characterised using Fourier Transform InfraRed spectroscopy (FTIR) and pyridine sorption IR studies in order to determine acidic site concentrations and strength. Ozone removal experiments were conducted in a quartz fixed-bed flow reactor, at 20°C and 101 kPa. Experiments using Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy (DRIFTS) were conducted in order to identify adsorbed ozone and/or adsorbed oxygen species on zeolite surface. Pyridine IR measurements evidence two kinds of Lewis acid sites induced by extra-framework aluminium species and electronic aluminium defaults inside zeolite structure. Results obtained here evidence the important role of acidic surface sites of ZSM-5 zeolite on gaseous ozone removal. The total amount of removed ozone is found to be directly proportional to the total content of Lewis acid sites. DRIFTS experiments exhibit two bands around 800 and 1400 cm-1 that could correspond to adsorbed oxygen species linked to zeolite surface. DRIFTS experiments also exhibit a band around 1100 cm-1 that correspond to adsorbed ozone on the zeolite surface. Gaseous ozone removal using ZSM-5 zeolite could be largely attributed to ozone decomposition on Lewis acid sites and also to ozone adsorption on the surface of the zeolites

Photocatalytic degradation of an azo-dye on TiO2/ activated carbon composite material

A sequential adsorption/photocatalytic regeneration process to remove tartrazine, an azo-dye in aqueous solution, has been investigated. The aim of this work was to compare the effectiveness of an adsorbent/photocatalyst composite – TiO2 deposited onto activated carbon (AC) – and a simple mixture of powders of TiO2 and AC in same proportion. The composite was an innovative material as the photocatalyst, TiO2, was deposited on the porous surface of a microporous-AC using metal-organic chemical vapour deposition in fluidized bed. The sequential process was composed of two-batch step cycles: every cycle alternated a step of adsorption and a step of photocatalytic oxidation under ultra-violet (365 nm), at 25◦C and atmospheric pressure. Both steps, adsorption and photocatalytic oxidation, have been investigated during four cycles. For both materials, the cumulated amounts adsorbed during four cycles corresponded to nearly twice themaximumadsorption capacities qmax proving the photocatalytic oxidation to regenerate the adsorbent. Concerning photocatalytic oxidation, the degree of mineralization was higher with the TiO2/AC composite: for each cycle, the value of the total organic carbon removal was 25% higher than that obtained with the mixture powder. These better photocatalytic performances involved better regeneration than higher adsorbed amounts for cycles 2, 3 and 4. Better performances with this promising material – TiO2 deposited onto AC – compared with TiO2 powder could be explained by the vicinity of photocatalytic and AC adsorption sites

Adsorption of aqueous organic mixtures on activated carbon: experiments and modelling of competitive adsorption

Experiments and modelling of competitive adsorptio

Refractory compounds abatement by adsorption and oxidative catalytic regeneration on activated carbon Experimental and modelling of competitive adsorption

Experimental and modelling of competitive adsorptio

Competitive adsorption of p-hydroxybenzoic acid and phenol on activated carbon : experimental study and modelling.

The competitive adsorption of phenol and p-hydroxybenzoic acid (4HBA) has been investigated on activated carbon (AC) for a wide range of concentrations under unbuffered conditions. The results show a preferential adsorption of 4HBA which can be explained by the lower solubility of 4HBA and the electrostatic interactions between the AC and the ionic form of the molecule in this range of pH. The Langmuir isotherm is found suitable to describe the single-component adsorptions, indicating a monolayer adsorption in accordance with the microporous nature of the AC. Then the empirical extended Langmuir model and the predictive Ideal Adsorption Solution Theory model have been compared for competitive adsorption. When using parameter values optimized for single pollutants, both models show rather poor agreement with mixture data. However after fitting the extended Langmuir parameters with the whole data set, better results can be obtained, showing that there is some peculiar behaviour of the mixture under oxic conditions, probably tied to the effect of 4HBA on the irreversible adsorption of phenol

Adsorption Competitive du Phenol et de l'Acide Phydroxy Benzoique sur Charbon Actif

Le traitement des rejets industriels constitue actuellement un problème écologique majeur. Certains composés organiques, le plus souvent aromatiques de type phénols, présents dans ces effluents industriels ne peuvent pas être traités par les stations d’épuration conventionnelles car leur toxicité perturbe le traitement par voie biologique. Un prétraitement devient alors nécessaire conduisant au développement de procédés variés dont le procédé ADOX, proposé par le LGC Toulouse, basé sur une adsorption sur charbon actif suivie d’une oxydation catalytique dépolluante et régénérant le charbon. Ce travail s’inscrit dans la première étape d’adsorption de ces composés aromatiques sur charbon actif. Les eaux industrielles contiennent en général plusieurs composés organiques aromatiques. Or,la plupart des études relatives à l’adsorption sur charbon actif ont été effectuées sur des eaux synthétiques à un seul constituant comme le phénol par exemple. Afin de nous rapprocher de la composition d’effluents réels et de quantifier la compétition d’adsorption entre différents composés dérivés, nous avons choisi d’étudier un mélange à deux constituants : le phénol etl’acide p-hydroxy benzoïque. Au cours de cette étude, les deux adsorptions sont d’abord étudiées séparément. Nous avons obtenu les dynamiques d’adsorption à différentes concentrations, pour deux types de charbon actif et pour des diamètres de grains variables. A 298 K, ces deux constituants présentent des dynamiques d’adsorption sensiblement différentes alors que leur structure chimique est proche. L’adsorption du phénol atteint rapidement l’équilibre laissant supposer une adsorption mono-couche, essentiellement limitée par la diffusion dans les pores, alors quel’acide p-hydroxy benzoïque présente une adsorption plus poussée avec une cinétique pluslente reflétant ainsi un mécanique plus complexe. Ces premiers résultats nous ont permis d’estimer les coefficients de diffusion de chaque espèce et d’établir les isothermes d’adsorption. Pour le phénol, selon le type de charbon,l’isotherme peut présenter un palier. En effet, à partir d’une certaine valeur de la concentration la quantité de phénol adsorbé est maximale et le charbon est saturé. Ce phénomène a permis de montrer que le modèle de prévision de Langmuir est plus adapté que celui de Freundlich pour ce type de charbon. Dans la seconde partie de cette étude, nous avons étudié plusieurs mélanges d’acide phydroxy benzoïque et de phénol. Nous avons choisi de mettre en évidence l’influence de la présence de l’acide p-hydroxy benzoïque sur l’adsorption du phénol et sur l’adsorption totale. Les résultats obtenus ont montré l’importance du phénomène de compétition d’adsorption et ont confirmé une différence de mécanisme d’adsorption entre les deux composés aromatique

Etude de l'adsorption compétitive de composés organiques pour le traitement des eaux résiduaires industrielles par le procédé ADOX

La problématique des eaux contenant des composés peu biodégradables et réfractaires aux traitements oxydatifs conventionnels a conduit au développement de procédés innovants. Parmi eux, le procédé ADOX a déjà démontré ses potentialités en terme de réacteur multifonctionnel. Ce procédé couple dans un seul et même contacteur, l’adsorption et l’oxydation catalytique. Le solide utilisé, du charbon actif, joue successivement le rôle de l’adsorbant à température ambiante puis de catalyseur lors de la phase d’oxydation à haute pression et température. Lors du cycle d’adsorption, le polluant cible se trouve en compétition avec les sous-produits de la réaction d’oxydation. L’étude de cette adsorption compétitive est présentée ici avec deux approches : la première est basée sur des essais en réacteur batch, la seconde est basée sur l’étude prédictive des équilibres d’adsorption par la théorie de la solution adsorbée idéale (IAST). Deux mélanges binaires ont été choisis: un mélange d'acide para-hydroxy benzoïque et de diméthyl phénol et un mélange d'acide para-hydroxy benzoïque et de phénol. Pour chaque mélange binaire, différentes proportions molaires ont été utilisées : proportions équimolaires (50%-50%) et non équimolaires (30%-70% et 70%-30%). Le charbon actif utilisé est un adsorbant commercial granulaire de type micro-mesoporeux. Les solutions ont été analysées par HPLC/détecteur UV. Les résultats expérimentaux sur les cinétiques d’adsorption en mode compétitif sont rapides, assimilables à un ordre 1 et tout à fait comparables aux comportements en corps purs. Les résultats expérimentaux montrent que la capacité d’adsorption des molécules ayant une bonne affinité avec le charbon reste la même, que cela soit en corps pur ou en mélange. Les groupements de surface semblent jouer ici un rôle prépondérant. Sur certains mélanges, une inversion de sélectivité est observée lorsque la proportion des deux composés dans le mélange est inversée, en particulier pour les eaux faiblement concentrées. La modélisation prédictive par le modèle IAST donne des résultats en bon accord avec les expériences lorsque les mélanges sont équimolaires. Dans le cas contraire, le modèle prévoit de façon qualitative le comportement du mélange mais l’inversion de sélectivité constatée expérimentalement sur certains mélanges non-équimolaires n’est pas trouvée par le modèle. Dans ces cas, les limites du modèle idéal sont atteintes et, pour rendre compte des interactions entre les molécules, la théorie de la solution adsorbée réelle (RAST) devrait conduire à de meilleurs résultats

Étude d'un procédé d'ozonation avancée sur zéolithe pour le traitement d'effluents organiques gazeux

Le travail de la thèse se focalise sur le traitement de l'air chargé en composés organiques volatils (COV) par un procédé d'ozonation avancée sur les zéolithes. Le procédé est basé sur la combinaison de deux techniques, utilisées de manière séquentielle : l'adsorption des COV sur un lit de zéolithes puis la régénération du lit saturé par ozonation. Avant d'étudier leur performance sur l'adsorption puis l'ozonation, les zéolithes ont été caractérisées par l'adsorption à l azote, par spectroscopie Infra Rouge et par microscopie électronique. La concentration des sites acides de Lewis et de Brønsted ont également été quantifiées. Les interactions binaires entre le toluène et les zéolithes, puis entre l'ozone et les zéolithes sont étudiées. Les équilibres d'adsorption et les courbes de percées sur les différentes zéolithes sont déterminés expérimentalement, puis modélisés. La réactivité de l'ozone sur les zéolithes a été clarifiée, mettant en évidence la décomposition de l'ozone et la création d espèces oxygénées oxydantes, adsorbées à la surface. L'influence de la concentration en sites acides de Lewis sur la décomposition de l ozone a été discutée. Enfin, la régénération des adsorbants chargés en COV par l'ozone gazeux a été réalisée. L'influence des propriétés des zéolithes et des conditions opératoires ont été étudiées.The PhD work focuses on the treatment of Organic Volatile Compound polluted air by an advanced ozonation process on hydrophobic zeolites. The process is based on two steps: gaseous pollutants are firstly adsorbed on zeolite bed; the second step is the regeneration of zeolites charged of COV by gaseous ozone. Firstly, zeolites are characterized by Nitrogen adsorption, analysis of Lewis and Brønsted acid sites, Infrared spectroscopy and Scanning Electron Microscopy. The adsorption equilibrium and breakthrough curve of toluene on different kind of zeolites are determined experimentally and modelled. The study of the reactivity of ozone on fresh zeolites shows that ozone is mainly decomposed on its surface and stable surface oxygenated species are produced. The latter can react with organic pollutant. The influence of Lewis acid site and operating conditions are discussed. Finally, the oxidation by ozone of toluene adsorbed on zeolites is realised. The comparison of zeolite structure and operating conditions (Air humidity, inlet ozone concentration) are carried out.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Effect of Salinity and PH on the industrial effluent treatment by activated carbon: modeling of the kinetic adsorption and equilibrium isotherms.

In recent years, interest has been focused on the removal of phenols from contaminated by using a variety of purification techniques. Adsorption of bio-industrial effluent on commercial activated carbon S23 was investigated at ambient conditions. In this wok, phenol and p-hydroxyl benzoic acid (PHBA) was studied as an example of the organic compounds present in the industrial effluent. The effect of temperature, pH, and the presence of inorganic salt NaCl on the pollutants adsorption were studied to give further comprehension of the optimal conditions of the organic compounds adsorption onto activated carbon. It was noted that the increase in temperature resulted in a decrease in phenols adsorption capacity by S23. Lower phenol adsorption was also observed at the solution pH 2 and 10, whereas, favourable adsorption was reached at neutral solution pH, and the coexisting inorganic salt NaCl exerts slightly positive effect on the adsorption process. The isotherms obtained at pH 2.2 and 3.5 (non-buffered solution) are very similar and showed a higher adsorption capacity compared with that obtained at pH 7 and 10 for PHBA which is more adsorbable than phenol. The kinetic of the adsorption processes can be better represented by the pseudo-second order. The results showed also that the total organic carbon (TOC) of the industrial effluent reduced for about 20 %. Freundlich, Langmuir and Jovanovic adsorption models were used for mathematical description of adsorption equilibrium of phenols. The results showed that the experimental data fitted very well to the Freundlich and Jovanovic model