Département de chimie (Groupe de génie électrochimique GGEC)

Oxydation électrochimique du phénol sur des électrodes du type métal support/dépôt conducteur

Schaller, Vincent ; Comninellis, Christos (Dir.)

Thèse Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 1996 ; no 1488.

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    Summary
    Electrochemistry can bring important contributions to current applications, such as organic synthesis or wastewater treatment. In an environmental context, electrochemical processes are interesting substitutes to the conventional wastewater treatment techniques (STEP). In this work, we have studied different types of electrodes, in order to develop a predictive model, so as to propose an electrode concept suitable for these two processes. The metal support/conducting oxide electrodes can behave in two distinct ways. The electrode can be active, and thereby directly take part to the oxidation of the organic product, or it can be inert and oxidise the organics through hydroxyl radicals produced during water electrolysis. We have studied the behavior of several electrodes, such as Ti/IrO2, Ti/CoMn204, Ti/SnO2-Sb2O5, Ti/PbO2, Pb/PbO2, Ti/PbO2-Bi2O5, Ti/IrO2/PbO2 and Pt (massive electrode) during electrochemical oxidation processes. The analysis of the formation of hydroxyl radicals showed a strong •OH formation for inert electrodes (PbO2, PbO2-Bi2O5, SnO2-Sb2O5), whereas the •OH formation was lower in case of active electrodes (IrO2, Pt). The electrochemical oxidation of phenol allowed us to show the efficiency and the features of two different types of electrodes. Ti/IrO2 selectively oxidises phenol into intermediate products, where Pb/PbO2 leads to total oxidation (combustion) of phenol to CO2. Finally, the formation of a polymer film at the surface of the electrodes was clearly shown by cyclic voltametry and oxygen evolution measurements. This film was shown to have a passivation effect on the Ti/CoMn2O4 electrode, and lead to a considerable decrease of its efficiency.
    Résumé
    Dans le cadre d'applications actuelles, comme la synthèse de produits organiques ou le traitement des eaux résiduaires, l'électrochimie peut apporter d'importantes contributions. Dans un contexte environnemental, les procédés électrochimiques représentent une palliatif intéressant pour les techniques classiques (STEP) d'épuration des eaux polluées. Dans ce travail, nous avons étudié différents types d'électrodes, afin d'établir un modèle prédictif permettant de proposer un concept d'électrode pouvant satisfaire à ces deux procédés. Il faut distinguer, pour les électrodes dites de type métal support/oxyde conducteur, deux cas extrêmes de comportement lors de procédés d'oxydation électrochimique. Dans un des cas, l'électrode est active et participe de façon indirecte à l'oxydation du produit organique. Dans l'autre cas, l'électrode est inerte et participe à l'oxydation par l'intermédiaire des radicaux hydroxyles, formés pendant l'électrolyse de l'eau. Nous avons étudié le comportement de différentes électrodes, comme Ti/IrO2, Ti/CoMn2O4, Ti/SnO2Sb2O5, Ti/PbO2, Pb/PbO2, Ti/PbO2-Bi2O5, Ti/IrO2/PbO2 et platine (électrode massive) lors de procédés d'oxydation électrochimique. L'analyse de la formation des radicaux hydroxyles, par la méthode du "spin-trapping", a montré une forte production de •OH pour les électrodes à caractère inerte (PbO2, PbO2-Bi2O5, SnO2-Sb2O5) et une faible production pour les électrodes à caractère actif (IrO2, Pt). L'oxydation électrochimique du phénol nous a permis de mettre en évidence l'efficacité et le caractère de deux types différents d'électrodes. Ti/IrO2 engendre une oxydation sélective (conversion) du phénol en produits intermédiaires, alors que Pb/PbO2 provoque l'oxydation complète (combustion) du phénol en CO2. Finalement, des mesures par voltamétrie cyclique et par le dégagement d'oxygène ont permis d'étudier la formation d'un film de polymères qui se dépose à la surface des électrodes. L'apparition de ce film a démontré son effet de passivation sur l'électrode Ti/CoMn2O4 et la nette diminution de l'efficacité de celle-ci.