Les perspectives futures sur la dégradation du phénol révèlent des avancées surprenantes dans la synthèse de nanoparticules catalytiques. Ces découvertes promettent de transformer notre compréhension des méthodes de dégradation, avec des implications cruciales pour la lutte contre la pollution industrielle.
Chapitre IV : État de l’art sur les phénols
Sommaire
Introduction… 43
- Historique 43
- Définition du phénol 43
- Sources du phénol 44
- Sources naturelles 44
- Sources Anthropiques 44
- Classification des composés phénoliques 44
- Les propriétés du phénol 45
- Les propriétés physicochimiques 45
- Les Propriétés acido-basiques 46
- Impacts environnementaux des effluents phénoliques et leur toxicité 46
- Le procédé de dégradation 48
- Technique d’oxydation avancée 48
- Principe du procédé 48
- Réaction d’oxydation du phénol 49
- Mécanisme réactionnel d’oxydation par le peroxyde d’hydrogène 51
Introduction :
Le phénol est un produit chimique perturbant le système endocrinien, ayant des propriétés cancérigènes, tératogènes et mutagènes. Le phénol et ses dérivés phénoliques sont intervenus dans plusieurs procédés de fabrication de divers composés tels que résines synthétiques, colorants, produits pharmaceutiques, pesticides, matières tannantes, parfums, lubrifiants, huiles essentielles et solvants. La croissance de ces activités industrielles a causé un rejet crissant de ce polluant.
La dégradation du phénol et de ses dérivés a été largement étudiée à partir des applications catalytiques des oxydes métalliques.
Historique :
En 1650, le scientifique allemand Johann Rudolf Glauber découvrit le phénol à l’état impur à partir de la distillation du goudron de houille. Environ deux siècles après, le phénol a été isolé à l’état pur en 1834 par le chimiste Friedrich Ferdinand Runge, et il le nomme « acide carbolique » en raison de la nature du procédé d’extraction, puis acide phénique par le chimiste français A.
Laurent, en 1841. Lorsqu’il fut établi qu’il ne comportait pas, comme la plupart des acides organiques alors connus, un groupe carboxylique dans sa structure, C. F. Gerhardt proposa de l’appeler « phénol », nom qui a peu à peu détrôné celui d’acide phénique encore partiellement en usage en 1930. Le mot « phénol » est tout à fait conforme à la nomenclature officielle [1].
Définition :
Le phénol est un composé chimique organique aromatique, comportant un noyau benzénique relié avec un groupement hydroxyle, il se présente à la température ordinaire sous forme d’aiguilles, incolore et d’odeur pénétrante [2]. Il peut être trouvé dans le règne végétal, allant de la lignine aux polyphénols emplis de vertus en passant par tous les arômes, à commencer par la vanilline [3]. D’autres phénols sont présents dans les huiles essentielles, par exemple le thymol de l’essence de thym. On rencontre aussi, dans les essences naturelles des éthers méthyliques de phénols.
Figure 1 : Structure moléculaire du phénol et photo de ses aiguilles [3].
Sources du phénol :
Sources naturelles :
L’hydroxybenzène se forme lors de processus naturels tels que la biosynthèse par les plantes ou la décomposition de matières organiques. Ce composé est également formé à partir d’aminoacides contenus dans les hémicelluloses des plantes sous l’influence des rayons UV (lumière du soleil) et de la transformation de la tyrosine dans le tube digestif des mammifères (y compris l’homme) [4].
Sources Anthropiques :
Le phénol est la matière première de base à partir de laquelle sont fabriquées plusieurs matières importantes sur le plan commercial, notamment les résines phénoliques, le bisphénol A, le caprolactame, les alkyl-phénols, ainsi que les chloro-phénols tels que le penta-chloro-phénol. Les émissions de phénol les plus importantes résultent de l’utilisation de résines phénoliques.
De plus, du phénol peut être libéré à la suite de la décomposition thermique des résines. Dans les fonderies, les émissions de phénol se développent à la fois lors de la production de moisissures et de noyaux et lors de la fondation [4].
Les émissions dans l’eau peuvent également provenir du traitement. Les gaz émis par tous les incinérateurs de matériaux et les maisons des incendies, en particulier des feux de bois, peuvent contenir des quantités substantielles de phénol. Une autre source potentielle de phénol est la dégradation atmosphérique du benzène sous l’influence de la lumière. Des phénols ont également été détectés dans des aliments fumés. Des composés phénoliques sont souvent présents dans les eaux usées du charbon. Gazéification, batteries de cokerie, raffineries et usines pétrochimiques et autres industries [5].
Classification des composés phénoliques :
Les composés phénoliques peuvent être regroupés en simples, bi et polyphénols en fonction du nombre de groupes phénol présents dans une molécule particulière. Les phénols simples sont des phénols avec un seul cycle phénolique substitué. En d’autres termes, ils ont substitué des phénols. Des exemples de phénols simples comprennent l’acide phénolique, l’hydroquinone, le résorcinol, le thymol, etc… [6].
Les biphénols contiennent deux unités phénoliques alors que les polyphénols sont constitués de plusieurs unités de la structure phénolique. Sur la base du nombre de cycles phénoliques présents et du type d’éléments liant les cycles [7].
Les polyphénols peuvent être subdivisés en divers groupes tels que les flavonoïdes, les acides phénoliques, les tanins, stilbènes et Lignanes.
Les Propriétés du phénol :
Propriétés physicochimiques :
Dans les conditions normales de température et de pression, le phénol est un solide qui se présente sous la forme d’une masse cristalline ou d’aiguilles incolores, hygroscopique et d’odeur caractéristique à la fois âcre et douceâtre.
Tableau 1: Propriétés physicochimiques du phénol.
| Propriétés physicochimiques du phénol | |
|---|---|
| Paramètre/Critère | Description/Valeur |
| État | Solide |
| Couleur | Incolore |
| Odeur | Caractéristique, âcre et douceâtre |
Au contact de l’air ou sous l’influence de l’humidité, le phénol s’oxyde légèrement pour donner des traces de quinone.
Il prend alors une couleur rose, puis rouge. Il est très soluble dans la plupart des solvants organiques tels que l’acétone, l’éthanol, l’oxyde de diéthyle [8].
Le phénol lui-même est partiellement miscible à l’eau au-dessous de 70 °C, totalement miscible à température plus élevée ; sa solubilité est limitée entre 80-100g/L à 25 °C.
Et il est soluble dans les solutions des bases fortes hydroxyde de sodium et de carbonate de sodium sous forme de phénates. Les autres propriétés sont illustrées dans la fiche de données de sécurité en annexe 3.
Propriétés acido-basiques :
Les phénols sont beaucoup plus acides que les alcools. La charge négative dispersée dans le cycle est mieux supportée par la structure et la stabilisation qui en résulte est à l’origine de la diminution de la basicité [9].
On peut rendre compte de cette propriété en écrivant les formes de résonance suivantes :
Figure 2: Stabilité de résonance de l’ion phénolate [10].
Les charges négatives apparaissent sur les atomes de carbone en position ortho et para. L’acidité est accrue par la présence de groupes attracteurs sur le cycle.
- Impacts environnementaux des effluents phénoliques et leur toxicité : Le phénol est présent dans les effluents des usines de cokéfaction et, inexorablement, dans ceux des industries qui le synthétisent ou l’emploient. Le rejet du phénol dans l’environnement, sans traitement et sans contrôle peut modifier les écosystèmes aquatiques et causer des dommages aux ressources précieuses.
Le phénol est une substance dangereuse puisqu’extrêmement corrosive. Il est très toxique dans l’eau, polluant du sol et air, ainsi conduit à de nombreux effets indésirables sur l’environnement et sur la santé [11].
Impact sur les eaux :
Les phénols sont plus lourds que l’eau et tendent à se déposer. Ils se dissolvent lentement et, même dilués, continuent de former des solutions toxiques. En raison de leur forte toxicité dans l’eau, les phénols figurent dans la catégorie de risque de pollution de l’eau. Ce dernier est susceptible d’atteindre les sources d’eau potable en aval des rejets. Le phénol donne un goût désagréable même à faibles concentrations et des odeurs dans l’eau potable.
Il peut avoir aussi des effets négatifs sur les différents processus biologiques et ce par accumulation. Des poissons ont été exposés dans un système continu à une concentration en phénol de 2 mg/L.
Il est prouvé qu’il peut également causer des dommages génétiques pour les poissons car ces derniers sont très sensibles.
Impact sur le sol :
Dans le sol, le phénol subit une dégradation microbienne aérobie ou anaérobie, de sorte que l’effet d’accumulation reste limité. L’accumulation est fonction de la présence de minéraux argileux (forte affinité avec l’oxyde d’aluminium). Comme le phénol est soluble dans l’eau et modérément volatil, il est très mobile dans les sols.
Par conséquent, le phénol peut être lessivé facilement des sols et ainsi contaminé la nappe phréatique.
Le phénol a tendance à se biodégrader rapidement dans le sol et dans les sédiments. Les microorganismes aérobies autant qu’anaérobies peuvent utiliser le phénol comme substrat de croissance, bien que la décomposition dans les conditions aérobies soit plus rapide.
Dans les plantes, malgré que le phénol soit absorbé par les racines, il ne s’achemine pas vers les pousses mais joue un rôle dans la résistance aux dommages des plantes causés par les insectes.
Ce phénomène peut être justifié par la métabolisation in vivo du phénol en composés moins mobiles [12].
Impact sur l’atmosphère :
Les phénols synthétiques étant plus toxiques que ceux existant à l’état naturel. Une réduction des émissions s’impose. Les personnes manipulant du phénol doivent notamment éviter le contact cutané et l’inhalation de ces produits. Une exposition excessive au phénol peut causer des effets sur la santé.
Le phénol est classé comme un composé organique volatil (COV) qui peut potentiellement contribuer à la formation d’ozone troposphérique et du smog photochimique.
Effets sur la santé :
Le phénol est aisément absorbé par voie percutanée et digestive, les vapeurs phénoliques passant facilement dans la circulation pulmonaire.
Après absorption d’une dose sublétale, la plus grande partie du phénol est oxydée ou transformée en sulfo- et glucuroconjugués ou autres, puis excrétée par l’urine sous cette forme conjuguée.
Une petite fraction est excrétée sous forme libre. Les effets toxiques du phénol sont directement liés à la concentration de phénol libre dans le sang.
Chez l’être humain, une intoxication phénolique aiguë se manifeste par une vasodilatation, une dépression cardiaque, une hypothermie, un coma et un arrêt respiratoire.
L’ingestion de phénol provoque une intense douleur abdominale et une sensation de brûlure dans la cavité buccale. Une insuffisance rénale aiguë peut également se produire. Chez l’animal, les signes d’intoxication aiguë sont très semblables, indépendamment de la voie ou du mode d’administration de ce composé.
Les effets s’exercent principalement sur les centres moteurs de la moelle épinière et se traduisent par des tremblements et des convulsions violentes. L’intoxication chronique par le phénol est aujourd’hui relativement rare [13].
Les cas graves se caractérisent par des troubles généraux, par exemple d’ordre digestif, notamment des vomissements, une gêne à la déglutition, une sialorrhée, de la diarrhée et une anorexie. Des troubles neurologiques avec céphalées, syncopes, vertiges et confusion mentale se produisent également et on note parfois chronos et éruptions cutanées. Le pronostic est sombre si l’atteinte hépatique et rénale est importante. L’ingestion d’une dose de 1 g de phénol est mortelle pour les sujets humains. Environ un cas sur deux d’intoxication aiguë par le phénol est mortel.
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2 Définition donnée par l’article 62 de la loi sur les nouvelles régulations économiques (NRE) du 15 mai 2001. ↑
3 Auchan Les 4 Temps, La Défense. ↑
Questions Fréquemment Posées
Qu’est-ce que le phénol et quelles sont ses propriétés?
Le phénol est un composé chimique organique aromatique, comportant un noyau benzénique relié avec un groupement hydroxyle. Il se présente à la température ordinaire sous forme d’aiguilles, incolore et d’odeur pénétrante.
Quelles sont les sources du phénol?
Les sources du phénol incluent des sources naturelles, comme la biosynthèse par les plantes et la décomposition de matières organiques, ainsi que des sources anthropiques, telles que la fabrication de résines phénoliques et les émissions des fonderies.
Quels sont les impacts environnementaux des effluents phénoliques?
Les effluents phénoliques ont des impacts environnementaux significatifs, car le phénol est un produit chimique perturbant le système endocrinien, ayant des propriétés cancérigènes, tératogènes et mutagènes.