Application desoxydes métalliques dans la distillation solaire

Abstract

La distillation solaire est l’un des moyens les plus efficaces de dessaler l’eau, en particulier dans le sud de l’Algérie où les eaux saumâtres sont abondantes et le soleil brille presque toute l’année. Parmi les accélérateurs de la distillation solaire, on trouve des oxydes de métaux, qui ont un effet important sur le processus de transfert thermique. Le travail présenté dans cette thèse concernant l’étude expérimentale de l’effet de quatre oxydes métalliques semi-conducteurs à savoir ; CuO, ZnO, MnO2 et Al2O3 utilisés séparément comme photo-catalyseurs et leurs différentes concentrations sur la performance d’un distillateur solaire simple à pente unique, et sur la qualité de l’eau distillée produit. Les expériences ont été menées au laboratoire de génie des procédés, de l’université d’Ouargla. Dans la première partie des expériences, nous avons varié la masse de CuO et ZnO entre 20 et 60 g par ajout d’une quantité régulière de 20 g chaque fois. Les résultats montrent que : les deux oxydes métalliques sont plus efficaces à leurs faibles concentrations. De plus, l'ajout de 20 g de ZnO et CuO séparément dans deux unités différentes améliore la production journalière de 79,39% et 74,76%, respectivement, par rapport au distillateur conventionnel ; en outre, les unités photo-catalysées ont produit un distillat de haute qualité. Dans la deuxième partie des expériences, nous étudions l’influence de MnO2 et Al2O3 séparément, on a varié la masse par ajout d’une quantité de 10 g chaque fois jusqu'à ce que 50 g. Les résultats obtenus ont montré que : MnO2 joue le rôle d’un photo catalyseur puissant et que son efficacité augmente avec la masse ajoutée car l’addition de 50 g de celui-ci a amélioré la production de distillat de 14,05%. L'Al2O3 est différent de MnO2 où les résultats ont montré que son effet photo-inhibiteur est plus efficace avec l'augmentation de la masse ajoutée, l'ajout de 50 g dans le récipient de distillation entraînant une réduction de 17% de la production de distillat. Les deux oxydes jouent le rôle de purifiants, en particulier le MnO2, car la pureté de l'eau produite est proportionnelle à la masse ajoutée.

Solar distillation is one of the most effective ways to desalinate water, especially in southern Algeria where brackish water are abundant, and the sun shines throughout the year. Among the accelerators of the solar desalination are metal oxides, that have a strong effect on the thermal transfer process. The work presented in this thesis concerning the experimental study of the effect of four sem-iconductor metal oxides namely ; CuO, ZnO, MnO2 and Al2O3 used separately as photo-catalysts and their different concentrations on the performance of a simple single slope solar still, and on the quality of the distilled water produced. The experiments were carried out at the Process Engineering Laboratory, University of Ouargla. In the first part of the experiments, we varied the mass of CuO and ZnO between 20 and 60 g by adding a regular amount of 20 g each time. The results show that : the two metal oxides are more effective at their low concentrations. Moreover, adding 20 g of ZnO and CuO separately in two different units improves the daily production by 79.39% and 74.76%, respectively, compared to the conventional still ; additionally, photo-catalyzed units produced a high quality distillate. In the second part of the experiments, we study the influence of MnO2 and Al2O3 separately, we varied the mass by adding an amount of 10 g each time until 50 g.The results obtained showed that : oxide MnO2 plays the role of a strong photo catalyst and increases its effectiveness with the increase of added mass ; as the addition of 50 g of it improved the distillat e production by 14.05%. Al2O3 is different from MnO2 where the results showed that its photo-inhibitor effect increases with the increase of the added mass ; as adding of 50 g in the still’s absorber reduces the distillate production by 1 7%. Both oxides play the role of antiseptic, especially MnO2, since the purity of the water produced is di r ectly proportional to its quantity.

يعدالتقطيرالشمسيإحدىالطرقالناجعةلتحليةالمياه،خاصةفيالجنوبالجزائريأينتتواجد المياه المالحة بوفرةوتسطعالشمسطوالأيامالسنةبشدةإشعاعمعتبرة. تعتبر الاكاسيد المعدنية من بين المحسنات المستخدمة لزيادة فعالية المقطرات الشمسية لما لها من تأثير قوي على عملية النقل الحراري. يتمحور عملنا في هذه الرسالة على الدراسة التجريبيةلأربعة أكاسيد معدنية شبه ناقلة وهي: CuOوZnO و MnO2 و Al2O3؛ بشكل منفصل كمحفزات ضوئية وبتراكيز مختلفة على أداء جهاز التقطير الشمسي البسيط احادي الميل، وعلى جودة الماء المقطر المنتج حيث تم أجراء هذه التجارب في مخبر هندسة الطرائق بجامعة ورقلة. في الجزء الأول من التجارب، قمنا بتغيير كتلة CuO و ZnO بين 20 و 60 غ بإضافة كمية منتظمة تبلغ 20 غ في كل مرة. أظهرت النتائج أن: الاكاسيد المعدنية أكثر فعالية بتركيزاتها المنخفضة. علاوة على ذلك، فإن إضافة 20 غ من ZnOوCuO بشكل منفصل في وحدتين مختلفتين يحسن الإنتاج اليومي بنسبة 79.39٪ و74.76٪ على التوالي، مقارنة بالمقطرالشاهد بالإضافة إلى ذلك، أنتجت وحدات التحفيز الضوئي نواتج تقطير عالية الجودة. في الجزء الثاني من التجارب، قمنا بدراسة تأثير MnO2 و Al2O3 بشكل منفصل، حيث تم تغيير الكتلة بإضافة مقدار 10 غ في كل مرة حتى 50 غ. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها أن: أكسيد MnO2 يلعب دور محفز ضوئي قوي تزداد فعاليتهبزيادة الكتلة المضافة؛ حيث أدت إضافة 50 جم منه إلى تحسين إنتاج المقطرات بنسبة 14.05٪. بينما سجلنا اختلاف Al2O3 عن MnO2حيثأظهرتالنتائجأنهمثبطضوئيتزدادفعاليته بزيادةالكتلةالمضافةأيأنزيادة 50 غ منهفيوعاءالتقطيرتتؤديإلىخفضإنتاجيةالمقطربنسبة 17٪. بعد اجراء التحاليل للمياه المقطرة المنتجةوجدنا انكلا الأكسيدين يلعب دور المطهر، وخاصة MnO2، حيث أن نقاء الماء المنتج يتناسب طرديًا مع كميته.