Perovskites Fe/Cu 3D pour le traitement de l'eau électrochimiquement assisté – PEROV-TREAT

PEROV-TREAT propose d’intégrer des matériaux poreux à base de pérovskites dans un procédé électrochimique pour le traitement des eaux usées afin d’améliorer le traitement des micropolluants persistants et la gestion de la problématique liée à la résistance aux antibiotiques, dans le but de permettre la réutilisation de l’eau traitée. L’application finale ciblera le traitement tertiaire des eaux usées municipales, d’un effluent d’industrie pharmaceutique et d’un effluent hospitalier. L’efficacité du procédé sera évaluée par des indicateurs pertinents vis à vis des micropolluants (ng/L ou µg/L) et de la présence de bactéries/gènes résistants aux antibiotiques. Le plan micropolluant Suisse a été utilisé pour la sélection des micropolluants cibles (carbamazepine, benzotriazole, irbesartan, hydrochlorothiazide). L’objectif principal de ce projet est d’obtenir la meilleure combinaison entre (i) la réactivité pour l’élimination des composés ciblés (dégradation, minéralisation), (ii) la minimisation de la formation de sous-produits toxiques associés à la matrice inorganique/organique (ClO3-, ClO4-, BrO3-, AOX), (iii) la stabilité du matériau électrocatalytique pour des applications à long terme. Dans ce cadre, l’utilisation de matériaux de type pérovskite apparait aujourd’hui comme prometteuse. Ils sont utilisés dans de nombreux autres procédés pour leur stabilité, tandis que leurs propriétés catalytiques permettent l’activation d’oxydants (H2O2, persulfates) pour la dégradation de nombreux micropolluants, y compris par des mécanismes non-radicalaires.

Le projet associe donc 4 laboratoires : le LGE (U. Eiffel) spécialisé dans les procédés électrochimiques pour le traitement de l’eau qui coordonne le projet ; l’UCCS (U. Lille) spécialisé dans la synthèse et la mise en forme de catalyseurs hétérogènes ; l’IC2MP (U. Poitiers) spécialisé dans l’étude des réactivités des catalyseurs et l’étude des mécanismes réactionnels ; et l’IEM (U. Montpellier) spécialisé dans la conception et le suivi de procédés innovants pour le traitement de l’eau à échelle pilote.

L’originalité du projet est basée sur l’intégration de pérovskites actives poreuses dans un système électrochimique, et l’amélioration de la compréhension des liens existants entre la structure des matériaux et leurs propriétés (électro)catalytiques pour le traitement de l’eau. Différentes pérovskites seront synthétisées pour modifier la réductibilité des métaux de transition (Fe/Cu) et la concentration en lacunes ioniques, avec une mise en forme poreuse à partir de modèles en polystyrènes ou par imprégnation d’électrodes poreuses commerciales (UCCS). Des tailles de pore entre 10 et 100 µm sont visés pour améliorer le transport de matière tout en limitant les problématiques de perte de charge et de colmatage. Une méthodologie multi-échelle sera mise en place pour étudier les liens entre la structure de ces matériaux et leurs propriétés (électro)catalytiques, via des mesures de réductibilité et de mobilité de l’oxygène par échange isotopique (IC2MP). Le LGE évaluera l’influence du catalyseur et de la configuration du procédé sur (i) la formation des espèces réactives et les mécanismes réactionnels, (ii) la formation de sous-produits indésirables, (iii) la stabilité des catalyseurs. Les matériaux les plus prometteurs seront ensuite intégrés à l’IEM dans un dispositif de microfiltration électrocatalytique à l’échelle pilote de laboratoire (5 L/h), dont le design se basera sur un travail de modélisation du transport réactif, afin d’améliorer les conditions de transport de matière pour le traitement de faibles concentrations en micropolluants. Le réacteur pilote permettra l’évaluation du procédé pour le traitement d’effluents réels (eaux usées municipales, hospitalières, industrie pharmaceutique) via le suivi d’indicateurs de performances en lien direct avec les enjeux actuels (micropolluants, PFAS, antibiorésistance).