Destruction plasmachimique d’urée et de thiourée par décharge électrique à pression atmosphérique

Le traitement à la pression atmosphérique de solutions aqueuses d’urée et de thiourée par plasma d’arc rampant en atmosphère d’air humide conduit à la dégradation totale de ces composés. Les cinétiques globales d’ordre nul ont des constantes voisines proches de 3•10‑6 s‑1. Le procédé met en jeu les espèces actives créées dans la décharge, les radicaux OH et NO, responsables des caractères chimiques principaux du plasma : oxydation du fait de la présence de OH (E°OH H2O =  2,85 V/ENH) et acidification, provenant de la formation d’acides nitreux et nitrique en solution. Ces résultats sont relatifs à des molécules modèles, mais suggèrent l’extension du procédé à la dégradation de molécules toxiques et d’effluents industriels soufrés.Electric discharges in humid air (i.e., a gliding arc discharge at atmospheric pressure and quasi-ambient temperature) are considered in the context of evaluating new techniques for pollution abatement. An electric discharge in a gas under specific conditions gives rise to a plasma, which involves activated gas species with enhanced reactivity. The main chemical properties of a discharge in humid air are attributed to NO and OH radicals formed in the discharge, which are able to react with solutes at the plasma/liquid interface. These activated species are formed in advanced oxidation processes and are respectively responsible for acid and oxidizing effects in the target solution: NO gives rise to nitrous and nitric acids, and OH is strongly oxidising [E°(OH/H2O) =  2.85 V/NHE].To examine the degradation power of the plasma treatment on molecules of the same family and to evaluate the ability of the gliding arc system to oxidize sulphur-containing solutes (2 x 10‑3 M) in batch conditions, aqueous urea and thiourea were selected as suitable target solutions. The solutes were completely degraded within 180‑200 minutes of treatment and the concentrations decreased linearly with increasing exposure times in the discharge. This trend accounts for overall zero-order kinetic schemes with the relevant rate constants of kurea = 5.28 x 10‑6 s‑1 and kthiourea = 2.03 x 10‑6 s‑1.The evolution of solutes with time was followed by total organic carbon (TOC) measurements for urea, and by the conductometric titration of the sulphate ions formed in the case of thiourea. Spectrophotometric measurements of the treated solutions at the solute absorption peaks were found to be unsuitable for analysis purposes due to the formation of nitrite/nitrate ions which absorb in the same wavelength range.The extension of a gliding arc system from the laboratory level to an industrial scale for pollution abatement of industrial effluents is considered

Interactions plasma d'arc glissant/solution aqueuse (application à la décomposition de composés organiques)

Ce mémoire est consacré à l'étude de l'interaction plasma d'arc glissant d'air humide/solution aqueuse. Nous avons vu qu'outre les paramètres géométriques et mécaniques du dispositif expérimental, l'efficacité du " glidarc " dépendait des paramètres physico-chimiques de la solution et ceux de la cible elle-même : nature et quantité de solutés, pH, et nature du matériau des électrodes. Les cinétiques de dégradation présentent en général un ordre apparent nul suivi d'un pseudo premier ordre. Les constantes cinétiques dépendent surtout de la nature de la cible. Nous avons travaillé sur trois composés représentant différentes familles de polluants : 1,1,1-trichloroéthane (1,16x10-2 s-1) ; alizarine S (6,90x10-4 s-1) ; sulfate dodécylique de sodium (4,52 x10-4 s-1). En supposant que la minéralisation du composé organique est due essentiellement à son oxydation par les radicaux HO·, nous avons proposé un mécanisme réactionnel plausible pour la minéralisation de ces trois polluants.This work is devoted to the study of gliding arc arc plasma-interaction in humid air with aqueous solution. The glidarc efficiency depends on the chemical and physical parameters of the solution and the target itself (pH, material nature, nature and quantity of the solute), in addition to the geometrical and physical parameters of the experimental set-up. The degradation kinetic generally presents a zero apparent order follow by a pseudo first order. The kinetic constants depend mainly on the target nature. We have worked on three species representing the different pollutants families: 1,1,1-trichoroethane(1.16x10-2 s-1 Alizarin S ( 6.90x 10-4 s-1) , sodium dodécyl sulfate (4.52x10-4 s-1 ). Supposing that the organic species mineralization is essentially due to its oxidation by the HO·.radical, we have set up a possible reaction mechanism for the mineralization of these three pollutants.ROUEN-BU Sciences (764512102) / SudocSudocFranceF

N° 230. — Propriétés acido-basiques des mélanges d’eau et d’amines.

Le produit ionique des mélanges d’eau et de n-butylamine a été déterminé par voie électrochimique : pK, varie de 3,5 (7 %) à 6,0 (65 %) ce qui permet de mesurer le pKa de nombreux indicateurs. Ces derniers ont des comportements divergents lorsque la teneur en amine varie même lorsqu’ils appartiennent à une famille homogène (nitrophénylhydrazones par exemple) mais ils peuvent cependant être reliés aux variations d’activité des solvants constituant le mélange. L’étude simultanée de l’ionisation et de l'hydrolyse du nitro-4 acétanilide permet de vérifier l'échelle d’acidité établie à l’électrode d’hydrogène et de confirmer le mécanisme admis pour cette réaction

Modification des propriétés physico-chimiques et décontamination des surfaces de matériaux par plasma d'arc glissant d'air humide

Les problèmes d'hygiène de surface rencontrés dans l'industrie alimentaire et dans le domaine médical sont souvent liés à la formation de biofilms microbiens plus résistants aux agents chimiques antimicrobiens que leurs homologues planctoniques. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à l'application d'une technique exploitant les propriétés d'une décharge glissante dans l'air humide à pression atmosphérique. La décharge génère un panache très riche en espèces actives vis-à-vis de la surface à traiter. Expérimentalement, après 2.05 minutes de traitement par plasma, les matériaux testés présentent une augmentation significative de leur mouillabilité et de leur caractère acide base de Lewis. Ces modifications de surfaces entraînent une modification de l'adhésion de staphyloccocus epidermidis. En outre, un traitement direct de bactéries permet dans nos conditions expérimentales une destruction totale de 106 UFC.cm-2 des cellules adhérentes et de 107 UFC.cm-2 de biofilm.In food industries and hospitals, hygienic problems often results from biofilm formation. These sessile microbial are known to be particularly resistant to antimicrobial compounds. To limit the impact of such unwanted structures, it is possible to prevent bacterial adhesion, or, thereafter, to kill adherent cell. Plasma involve the productions of highly reactive species and can be efficient in both strategies. In that context, we've designed a new operating technique exploiting the properties of humid air produced by gliding arc at atmospheric pressure. Experimentally, a 2.5 minutes treatment of testing materials induces an increase of their surface hydrophily. By modifying their properties, the glidarc treatment also modified the adhesion behavior of Staphilococcus epidermidis. This adhesion increases whatever the material employed. Also, glidarc treatment of sessile microbial induces a total destruction of 106 UFC.cm-2 of attached cells and 107 UFC.cm-2 of biofilm.ROUEN-BU Sciences (764512102) / SudocSudocFranceF

Etude du plasma d arc électrique glissant à pression atmosphérique dans l air humide (Application à l amélioration des propriétés anticorrosives d un acier doux)

Les propriétés oxydantes d un plasma d air humide type décharge glissante sont testées sur une cible métallique d acier au carbone AISI 1018. La méthode de Tafel a permis de mesurer la mesure des propriétés anticorrosives dans une solution NaCl 0.5mol.L-1pH 6.4. Un traitement de 30 minutes élève le potentiel de corrosion d environ 160mV et abaisse le courant de la branche anodique d un facteur de 10 . La rotation de la cible pendant le traitement améliore l interaction plasma-surface. Un réacteur fermé et une préparation de surface adéquate améliore l interaction plasma-surface. La caractérisation de la couche passive par potentiométrie, la diffraction des rayons X et la spectroscopie Mössbauer a révélé la présence d un revêtement très mince, et suggéré la présence des oxydes FeO, FeOOH, Fe2O3 et Fe3O4. Un mécanisme d oxydation de l acier au carbone sous plasma a été proposé en conséquence. La mesure de l angle de contact à l eau a mis en évidence un phénomène d activation de surface.The oxidizing properties of a gliding arc in humid air plasma are tested on AISI 1018 carbon steel surface. Anticorrosive properties in 0.5mol.L-1 NaCl solution pH 6.4 are measured by Tafel method. 30 minutes of plasma treatment increase the corrosion potential of about 160mV and decreases the current of the anodic branch by a factor of 10 . The rotation of the target during the treatment improves the contact and the interaction between plasma and surface. An adequate surface cleaning and the use of a closed reactor improve the plasma reactivity toward the metallic surface. The characterization of the passive layer by mean of potentiometry, X-ray diffractometry and Mössbauer spectroscopy suggest the presence of a very thin film containing oxides such as FeO, FeOOH, Fe2O3 and Fe3O4. A reaction mechanism was proposed. Contact angle measurements showed a surface activation effect.ROUEN-BU Sciences (764512102) / SudocSudocFranceF

Etude du plasma d arc électrique glissant à pression atmosphérique dans l air humide (Application à l amélioration des propriétés anticorrosives d un acier doux)

Les propriétés oxydantes d un plasma d air humide type décharge glissante sont testées sur une cible métallique d acier au carbone AISI 1018. La méthode de Tafel a permis de mesurer la mesure des propriétés anticorrosives dans une solution NaCl 0.5mol.L-1pH 6.4. Un traitement de 30 minutes élève le potentiel de corrosion d environ 160mV et abaisse le courant de la branche anodique d un facteur de 10 . La rotation de la cible pendant le traitement améliore l interaction plasma-surface. Un réacteur fermé et une préparation de surface adéquate améliore l interaction plasma-surface. La caractérisation de la couche passive par potentiométrie, la diffraction des rayons X et la spectroscopie Mössbauer a révélé la présence d un revêtement très mince, et suggéré la présence des oxydes FeO, FeOOH, Fe2O3 et Fe3O4. Un mécanisme d oxydation de l acier au carbone sous plasma a été proposé en conséquence. La mesure de l angle de contact à l eau a mis en évidence un phénomène d activation de surface.The oxidizing properties of a gliding arc in humid air plasma are tested on AISI 1018 carbon steel surface. Anticorrosive properties in 0.5mol.L-1 NaCl solution pH 6.4 are measured by Tafel method. 30 minutes of plasma treatment increase the corrosion potential of about 160mV and decreases the current of the anodic branch by a factor of 10 . The rotation of the target during the treatment improves the contact and the interaction between plasma and surface. An adequate surface cleaning and the use of a closed reactor improve the plasma reactivity toward the metallic surface. The characterization of the passive layer by mean of potentiometry, X-ray diffractometry and Mössbauer spectroscopy suggest the presence of a very thin film containing oxides such as FeO, FeOOH, Fe2O3 and Fe3O4. A reaction mechanism was proposed. Contact angle measurements showed a surface activation effect.ROUEN-BU Sciences (764512102) / SudocSudocFranceF

Acido-basicité dans les solvants mixtes eau-pyridine

Les mélanges d’eau et de pyridine ont été étudiés par voie électrochimique pour des concentrations comprises entre 0 et 97,6 % en masse d’amine.Les résultats obtenus permettent de déterminer le produit d’auto-protolyse de ces milieux eL fournissent une évaluation de leur niveau d’alcalinité.Le produit ionique relativement élevé différencie ces mélanges des solutions aqueuses d’amines précédemment étudiées et impose l'emploi de solutions tamponnées qui ont été sélectionnées pour permettre d’utiliser tout le domaine d’acido-basicité accessible (9 unités pH environ).Ces solutions ont été employées pour déterminer spectro- photométriquement les constantes d’acidité de phénols, d’anilines, de diphénylamines et d’indazoles nitrés

Dégradation des composés organiques par décharges électriques rampantes : application à la destruction d organophosphores et à la dépollution d eaux résiduaires de brasseries

ROUEN-BU Sciences (764512102) / SudocSudocFranceF

Application de décharges électriques à pression atmosphériques dans l'air humide à la destruction de composés de haute toxicité et mise au point d'un dispositif de traitement pour des composés organiques volatils

Les propriétés du plasma d'air humide ont été appliquées sur des polluants tels que l'urée, la thiourée, l'acétate d'éthyle, le toluène et 2-propanol. Ce travail a permis de dégager le rôle des radicaux NO via l'ion nitrosonium dans la dégradation de l'urée et la thiourée, en montrant que cet ion est également responsable du phénomène de diazotation et par conséquent de la destruction du composé. La destruction inclut l'action des radicaux OH qui conduit à la minéralisation de la molécule cible. Cette compréhension a permis de proposer un mécanisme expliquant les phénomènes qui pouvaient se produire au cours de la dégradation (rendement de destruction 92% pour l'urée et 96,5% pour la thiourée). Au cours de notre travail, nous avons pu montrer qu'il était possible de coupler deux réacteurs pour le traitement des composés volatils. Les applications de ce dispositif sur l'acétate d'éthyle ont confirmé la faisabilité d'un tel montage bien que les améliorations restent toujours à apporter.The properties of humid air plasma were applied to pollutant abatement such as urea, thiourea, acetate ethyl, toluene and 2-propanol. This work suggest that radicals NO are involved via the nitrosonium ion in the decomposition of urea and thiourea, by showing that this ion is also responsible for diazotation and consequently for the destruction of the compounds. Destruction also included the action of radicals OH and leaded to the mineralization of the target molecule. A mechanism is suggested to explain the phenomena occuring during degradation (rate of 92% for urea and 96.5% for thiourea). Our work also showed that using a couple reactors for the treatment of the volatile compounds was efficient. The applications of this device on ethyl acetate confirmed the feasability of such an assembly although the improvements remain necessary.ROUEN-BU Sciences (764512102) / SudocROUEN-BU Sciences Madrillet (765752101) / SudocSudocFranceF

N° 231. — Propriétés acido-basiques des mélanges d’eau et d’amines.

Les mélanges eau-hydrazine et eau-éthylènediamine ont été étudiés au moyen d'une pile comportant une électrode d’hydrogène et une électrode de référence unique. Cette pile permet de calculer le produit ionique de chaque mélange et les niveaux d’acidité des diverses solutions qui ont été comparés à ceux obtenus dans d’autres solvants mixtes (eau-butylamine, éthanolamine, diéthylaminoéthanol, DMSO). Pour une même concentration en OH- les milieux riches en hydrazine ou en éthylènediamine sont aussi alcalins que les mélanges eau-DMSO et permettent d’ioniser des acides très faibles comme la nitro-2 aniline