Removal of Organic Pollutants from water Using innovative Oxidation techniques - Saoussen Imene Aouni (My University, 2026)
This doctoral thesis presents an in-depth study on the removal of Basic Fuchsin (BF), a persistent organic contaminant commonly found in textile industry effluents. The work focuses on two variants of the Fenton process: a homogeneous form, where the reagents are completely soluble in the aqueous reaction medium, and a heterogeneous form, involving a solid catalyst interacting with a liquid phase. The main objective was to develop an eco-compatible and economically viable treatment system by replacing conventional hydrogen peroxide with sodium percarbonate (SPC) as a source of active oxidants. In the homogeneous system, FB oxidation was optimized under acidic conditions (pH 3) using 0.1 mM of SPC and 0.1 mM of ferrous sulfate heptahydrate (FeSO₄•7H₂O). This system achieved a removal efficiency of 91.5% in 10 minutes, following pseudo-first-order kinetics with a rate constant of k = 0.285 min⁻¹. In the heterogeneous configuration, a solid catalyst derived from recycled ferrous metallic waste was used, reinforcing the approach of sustainable catalysis. This method achieved an even higher removal efficiency of 96.7%, with a kinetic constant of k = 0.451 min⁻¹ under the same operating conditions. The use of recycled iron waste as a catalyst source represents a significant advancement toward greener chemistry, reducing both cost and environmental impact. All critical operating parameters, SPC dosage, iron concentration, initial BF concentration, pH, temperature, presence of anions, and surfactants were systematically studied. The results confirmed the robustness of the process for dye concentrations up to 50 µM, with high and reproducible degradation rates. This work confirms the potential of SPC as an effective oxidant and highlights the added value of iron-based recycled materials in Fenton processes, offering promising perspectives for industrial wastewater treatment in a sustainable framework. --------------------------------------------------------------------------------- المُلخص تقدم هذه أطروحة الدكتوراه دراسة متعمقة حول إزالة صبغة الفوشين القاعدية (BF)، وهي ملوث عضوي مقاوم يوجد عادة في مياه الصرف الصناعي التابعة لصناعة النسيج. تركز الدراسة على شكلين من عملية فنتون: شكل متجانس حيث تكون جميع الكواشف ذائبة بالكامل في الوسط المائي، وشكل غير متجانس يتضمن محفزًا صلبًا يتفاعل مع طور سائل. الهدف الرئيسي هو تطوير نظام معالجة صديق للبيئة وفعّال اقتصاديًا عن طريق استبدال بيروكسيد الهيدروجين التقليدي بـ بيركربونات الصوديوم (SPC) كمصدر للعوامل المؤكسدة النشطة. في النظام المتجانس، تم تحسين أكسدة BF عند pH = 3 باستخدام 0.1 ملي مول من SPC و0.1 ملي مول من كبريتات الحديد الثنائي السباعية الهيدرات (FeSO₄•7H₂O)، محققًا كفاءة إزالة بلغت 91.5٪ خلال 10 دقائق، متبعًا حركية من الدرجة الأولى بمعامل سرعة k = 0.285 دقيقة⁻¹. في النظام غير المتجانس، تم استخدام محفز صلب مشتق من نفايات حديدية معاد تدويرها، مما يدعم مفهوم التحفيز المستدام. هذا النظام حقق كفاءة إزالة أعلى بلغت 96.7٪، مع معامل سرعة k = 0.451 دقيقة⁻¹ تحت نفس الظروف التشغيلية. يمثل استخدام نفايات الحديد المعاد تدويرها تقدمًا كبيرًا نحو كيمياء أكثر استدامة من خلال تقليل التكاليف والأثر البيئي. تم دراسة جميع المعلمات التشغيلية الحرجة بشكل منهجي: تركيز SPC، تركيز الحديد، تركيز BF الابتدائي، الرقم الهيدروجيني، درجة الحرارة، وجود الأيونات السالبة والمركبات الفاعلة بالسطح. أكدت النتائج موثوقية النظام لمعالجة تراكيز حتى 50 ميكرومول من الصبغة، مع معدلات تحليل مرتفعة وقابلة للتكرار. تؤكد هذه الدراسة فعالية SPC كمؤكسد وتسُلّط الضوء على قيمة النفايات الحديدية المعاد تدويرها في أنظمة فنتون، ما يقدم حلولًا واعدة لمعالجة مياه الصرف الصناعي في إطار مستدام. --------------------------------------------------------------------------------- Cette thèse doctorale propose une étude approfondie sur l’élimination du colorant fuchsine basique (FB), un polluant organique persistant fréquemment présent dans les effluents de l’industrie textile. Le travail porte sur deux variantes du procédé Fenton : une forme homogène, où les réactifs sont entièrement solubles dans le milieu réactionnel aqueux, et une forme hétérogène, impliquant un catalyseur solide interagissant avec une phase liquide. L’objectif principal a été de développer un système de traitement éco-compatible et économiquement viable en remplaçant le peroxyde d’hydrogène conventionnel par le percarbonate de sodium (SPC) comme source d’oxydants actifs. Dans le système homogène, l’oxydation de FB a été optimisée à un pH acide (pH 3) avec une concentration de 0,1 mM de SPC et 0,1 mM de sulfate de Fer(II) heptahydraté (FeSO₄•7H₂O). Ce système a permis d’atteindre une efficacité d’élimination de 91,5 % en 10 minutes, suivant une cinétique de pseudo-premier ordre avec une constante de vitesse de k = 0,285 min⁻¹. Dans la configuration hétérogène, un catalyseur solide issu de déchets métalliques ferreux recyclés a été utilisé, renforçant l’approche de catalyse durable. Cette méthode a permis d’obtenir une efficacité d’élimination encore plus élevée de 96,7 %, avec une constante cinétique de k = 0,451 min⁻¹ sous les mêmes conditions opératoires. L’utilisation de déchets métalliques comme source de catalyseurs représente une avancée significative vers une chimie plus verte, réduisant à la fois les coûts et l’impact environnemental. L’ensemble des paramètres opératoires critiques, dosage de SPC, concentration en Fer, concentration initiale de FB, pH, température, présence d’anions ou de tensioactifs a été systématiquement étudié. Les résultats ont confirmé la robustesse du procédé pour des concentrations allant jusqu’à 50 µM de colorant, avec des taux de dégradation élevés et reproductibles. Ce travail confirme le potentiel du SPC comme oxydant efficace et met en évidence la valeur ajoutée des matériaux recyclés à base de Fer dans les procédés Fenton, ouvrant des perspectives prometteuses pour le traitement des eaux usées industrielles dans un cadre durable.
Keywords: Fenton process; Basic Fuchsin dye; effluent treatment; sodium percarbonate; iron salt; iron waste; sustainable catalysis; homogeneous and heterogeneous Fenton.; عملية فنتون، صبغة الفوشين الأساسي، معالجة مياه الصرف، كربونات الصوديوم، ملح الحديد، نفايات الحديد، التحفيز المستدام، فنتون المتجانس وغير المتجانس.; Processus Fenton; Colorant Fuchsine Basique; Traitement des eaux usées; Percarbonate de sodium; Sel de Fer; Déchets de fer; Catalyse durable; Fenton homogène et hétérogène.