Résumé
L'élimination des micropolluants et notamment des produits pharmaceutiques dans l'eau devient une préoccupation mondiale et représente un enjeu important pour une éventuelle réutilisation ou un rejet des effluents dans l'environnement. De nouveaux procédés de traitement doivent donc être développés pour éliminer ces substances persistantes.L'ozonation est un procédé efficace d'oxydation des polluants organiques notamment des produits pharmaceutiques, mais elle peut parfois générer des sous-produits indésirables si l’opération est mal conduite.La nanofiltration est une technique de séparation membranaire avancée pouvant retenir efficacement les polluants et les sels dissous, mais sa performance est souvent limitée par le colmatage des membranes causé par l'accumulation de matières organiques, colloïdales et minérales. Afin d'améliorer l'élimination des composés organiques, une solution prometteuse repose sur le couplage de la filtration membranaire avec l'ozonation catalytique en présence d’un catalyseur. Ce couplage permet de combiner les avantages de l'ozonation catalytique (dégradation des molécules) avec le procédé de filtration membranaire (rejet possible des colloïdes, molécules et ions) tout en diminuant l’effet du colmatage et la concentration du rétentat.Dans le cadre de ce travail, l'élimination de trois antibiotiques a été étudiée avec un système hybride combinant ozonation et nanofiltration via une membrane céramique fonctionnalisée. Ainsi, une membrane de nanofiltration (NF) commerciale, en TiO2 avec un seuil de coupure de très faible poids moléculaire (200 Da) provenant d’IKTS Fraunhofer, a été fonctionnalisée avec un dépôt d'une couche mésoporeuse (80 nm d’épaisseur) constituée de nanoparticules de maghémite (γ-Fe2O3), catalyseur choisi en se basant sur les résultats obtenus par Mansas, C et al en 2020.Les nanoparticules γ-Fe2O3 ont été préparées par coprécipitation d’après le procédé établi par Bee, A et al 1995. La présence de γ-Fe2O3 a été confirmée par la diffraction des rayons X à haute résolution ainsi que par la spectroscopie Raman (Fig. 1). La taille des nanoparticules évaluée par la microscopie électronique à balayage (MEB) était inférieure à 12 nm. Les résultats obtenus par l'analyse de la sorption d’azote ont révéléque la surface spécifique de particules est de 133 ± 10 m²/g et la taille moyenne des pores est égale à environ un tiers de la taille des cristallites, c'est-à-dire ∼3,5 nm (petits mésopores).La performance de la membrane fonctionnalisée a été évaluée dans un pilote conçu à l’IEM couplant le procédé de filtration et d’ozonation. La concentration d’ozone gazeux envoyée dans la solution d’alimentation contenant 0,5 ppm d’antibiotiques sélectionnés (Tableau 1) a été fixée à 25 g Nm−3. Les tests d'ozonation catalytique ont relevé une bonne dégradation des antibiotiques.