Outils personnels

Vous êtes ici : Accueil / PHC Utique franco-tunisien / Projets en cours / Synthèse et caractérisation de nano-composites (Pt,Ag)-fullerène (C60)-TiO2. Application en Photo/Electro-Catalyse pour la dégradation de polluants organiques et biologiques en milieux aqueux

Synthèse et caractérisation de nano-composites (Pt,Ag)-fullerène (C60)-TiO2. Application en Photo/Electro-Catalyse pour la dégradation de polluants organiques et biologiques en milieux aqueux

PHC : Utique
Codes du projet : 16G1202 -- Campus N° 34859TE
Domaine : Chimie
Intitulé : Synthèse et caractérisation de nano-composites (Pt,Ag)-fullerène (C60)-TiO2. Application en Photo/Electro-Catalyse pour la dégradation de polluants organiques et biologiques en milieux aqueux
Porteur(s) : BERHAULT Gilles, KOCHKAR Hafedh, NAPPORN Teko, TOUATI Fathi
Date de début : 01/01/2016
Date de fin : 31/12/2018

L’activité humaine et le mode de vie moderne sont responsables de l’aggravation de la pollution environnementale. Les sources de pollution sont de plus en plus nombreuses et diverses (industrie, automobile, pétrole, rejets plastiques et informatiques et produits de consommation). Il y a donc un besoin considérable d’une technologie capable de purifier l’air et l’eau des contaminants organiques par des procédés efficaces et peu onéreux. La photocatalyse hétérogène est un procédé qui se développe rapidement dans l’ingénierie environnementale. Ses avantages principaux sont : un faible coût, la facilité d’initiation et d’arrêt de la réaction, la faible consommation en énergie, la variété des polluants dégradables et la forte efficacité de minéralisation des polluants. En revanche, son application reste encore limitée à des débits et des concentrations d’effluents faibles. Le développement de techniques d’élaboration permettant un contrôle morphologique de nanomatériaux ouvre la voie à l’obtention de nouveaux systèmes (photo)catalytiques pour lesquels la texture et la nature des sites actifs peuvent être modifiées à volonté. Ainsi, les méthodes de synthèse hydrothermale ou colloïdale employant des agents de structuration (polymères, surfactants, …) ont permis de générer un nombre élevé de nouveaux supports catalytiques. Cependant, le développement de ces matériaux (photo)catalytiques nécessite de plus en plus des méthodes de préparation à la fois rigoureuses et plus respectueuses de l’environnement (chimie verte).

Objectifs

Notre travail a consisté à élaborer par une méthode hydrothermale des oxydes de TiO2 sous forme de nanotubes et d’optimiser les paramètres opératoires du post-traitement (chimique et thermique) afin de déterminer l’influence respective du rapport Na/Ti et du traitement thermiques sur les propriétés texturales, structurales et morphologiques de TiO2. Ainsi, des nanotubes, nanotiges et des nanofeuillets d’oxydes de titane (anatase) ont pu être obtenus à volonté. L’élaboration hydrothermale de matériaux nanostructurés à base d’hydrogénotitanates a ainsi permis d’acquérir après calcination toute une gamme de nanotubes de diamètre contrôlée (5 à 100 nm) et de phase bien définie (J. Phys. Chem. C 113 ,2009, 1672-1679). Les nanotubes d’oxyde de titane présentent l’avantage de combiner une surface spécifique élevée, une importante capacité d’adsorption et une structuration nanométrique facile à maîtriser. Le contrôle morphologique de TiO2 apparaît de plus très prometteur en
photocatalyse (résultats acquis par A. TURKI au cours de séjours effectués à IRCELyon et financés par AUF (2011-2012) et ayant donné lieu à 3 publications (Catal. Today 209 (2013) 147-152, et Appl. Catal. B: Environ. 138-139 (2013) et J. Photochem. Photobiol. A: Chem, 279 (2014) 8-16)).
Un des moyens d’améliorer davantage les propriétés photocatalytiques des nanotubes de TiO2 est de diminuer la vitesse de recombinaison électron –trou (e-, h+) par piégeage des électrons photogénérés. Une des solutions possibles pour y parvenir est de synthétiser des nanocomposites combinant TiO2 et un autre élément capable de piéger ces électrons. Notre choix s’est porté sur le fullerène pour quatre raisons : (i) la présence du fullerène permettrait de capter efficacement les électrons photogénérés ce qui engendre une augmentation des radicaux OH• , (ii) le fullerène est stable sous UV, (iii) la présence du fullerène confère au système un caractère hydrophobe et (iv) l’adsorption des polluants à dégrader est sensible au caractère hydrophobe/hydrophile du catalyseur ce qui modifie la cinétique de la photodégradation. Les propriétés photocatalytiques de ces matériaux peuvent de plus être corrélées à une série de caractérisations physico-chimiques. En outre, dans un second temps, les matériaux nanocomposites obtenus seront dopés par des métaux (Ag, Pt) afin de diminuer encore plus la recombinaison des paires électron -trou et ainsi d’améliorer les performances photocatalytiques.

Résultats

Le premier résultat attendu consiste à former à travers ce genre de collaboration de jeunes chercheurs tunisiens sur des sujets environnementaux d’actualité et à les familiariser à l’emploi de techniques de pointe (microscopie électronique, photocatalyse). Le second aspect relié au premier est de sensibiliser aux problèmes environnementaux les futurs cadres du pays d’origine tout en développant des approches préventives et/ou curatives de dépollution par emploi de procédés photocatalytiques, procédés pouvant bénéficier d’un très fort potentiel de développement dans les pays du bassin de la Méditerranée.
D’un point de vue scientifique, les résultats attendus consistent en la mise au point de nouveaux photocatalyseurs présentant à la fois de bonnes capacités d’adsorption et de dégradation de polluants organiques en milieu aqueux et/ou en phase gaz en s’appuyant sur le développement de nouvelles voies de synthèse permettant d’obtenir une nanostructuration 3D de l’oxyde de titane. Ces nouvelles voies d’accès vers un contrôle morphologique de TiO2 apparaissent très prometteuses .L’ajout du fullerène et/ou d’acide cyanurique au système précèdent permettra aussi de diminuer la vitesse de recombinaison électron-trou (e-, h+), ce qui engendrera une nette amélioration de la photodégradation de polluants organiques sur ce type de matériaux.

Informations supplémentaires

CNRS

Partenaire français
Villeurbanne
http://www.dr7.cnrs.fr

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
UMR 5256


Responsable(s)
Gilles BERHAULT - Institut de recherches sur la catalyse - Villeurbanne - Tél :0472445320 - Email :Gilles.Berhault@ircelyon.univ-lyon1.fr

Centre National de Recherches en Sciences des Matériaux

Partenaire tunisien
Soliman
http://www.cnrsm.rnrt.tn/fr/index.php

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
CNRSM


Responsable(s)
Hafedh KOCHKAR - CNRSM - Soliman - Tél :0021622960426 - Email :h_kochkar@yahoo.fr

Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers

Partenaire français
Poitiers
http://www.univ-poitiers.fr/recherche/laboratoires/institut-de-chimie-des-milieux-et-des-materiaux-de-poitiers-ic2mp-umr-7285-9826.kjsp

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
UMR 7285


Responsable(s)
Teko NAPPORN - IC2MP - Poitiers - Tél :0549453967

Institut National de Recherche et d'Analyse Physico chimique (INRAP)

Partenaire tunisien
Ariana
http://www.inrap.rnrt.tn/

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
INRAP


Responsable(s)
Fathi TOUATI - INRAP - Ariana - Tél :0021671537666