Élaboration d'un réacteur membranaire catalytique par fonctionnalisation de surface de membranes polymères et intégration de nanoparticules métalliques : application à la chimie douce

par Clélia Emin

Thèse de doctorat en Génie des procédés et de l'environnement

Sous la direction de Jean-François Lahitte.

Soutenue en 2013

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    L'objectif de ces travaux porte sur le développement d'un réacteur membranaire catalytique. Une première étape consista en la fonctionnalisation de membranes polymères par polymérisation radicalaire photo-amorcée afin permettre la synthèse et le maintien de nanoparticules métalliques dans la matrice polymère. La fonctionnalisation a été réalisée avec succès pour deux types de monomères anioniques, un monomère cationique et un monomère zwittérionique. Les régimes cinétiques de polymérisation caractérisés par une étape d'induction, une étape de polymérisation rapide ainsi que la consommation du monomère présent en solution ont été mis en avant. Nous avons synthétisé des nanoparticules de palladium de diamètre inférieur à 5 nm, principalement localisées dans la matrice polymère greffé, bien dispersées et ne présentant aucun agrégat. La quantité de nanoparticules a directement été corrélée à la structure du polymère réticulé. Les résultats ont montré la stabilité des nanoparticules incorporées dans les membranes polymères modifiées conduisant au développement d'un procédé propre. Les performances catalytiques des membranes ont été évaluées sur différentes réactions et nous nous sommes particulièrement concentrés sur la réaction modèle de la réduction du p-nitrophenol en p-aminophenol en présence de borohydrure de sodium. Des taux de conversion de 100 % ont pu être obtenus. Les performances catalytiques des différentes membranes ont été appréciées sur différentes configurations de procédé : réacteur batch, contacteur membranaire traversé et contacteur membranaire interfacial.

  • Titre traduit

    Development of catalytic membrane reactors by UV photografting surface functionalization and loading with metallic nanoparticles : soft chimistry application


  • Résumé

    The aim of this work is synthesizing polymer-stabilized metallic nanoparticles inside functionalized polymeric membranes in order to develop catalytic membrane reactors and to test these reactors with model catalysed organic chemical reactions. In order to do so, polymeric membrane support (i. E. Polyethersulfone) is first functionalized by UV photo-induced grafting method with ionogenic polymers capable to immobilize nanoparticle precursors and retain nanoparticles. This surface modification was successfully performed with two types of anionic monomers, one cationic monomer and one zwitterionic monomer. During the process, the polymerization kinetic was found to be characterized by 3 steps: an induction time, a high polymerization rate and the total consumption of the monomer present in the solution. After the successful grafting, catalytic membranes were prepared by incorporating, or by generating in situ, metal catalytic nanoparticles. An effective incorporation of 5 nm palladium nanoparticles, well dispersed and mainly confined in the grafted layer without any aggregation, was found. Futhermore, it was possible to observe an impact of the cross-linked network and the polymer gel grafted layer on the final membrane metal loading. Moreover, results showed that nanoparticles are well trapped inside the membrane matrix inducing the development of a clean process. Finally, the catalytic activity of the different loaded membranes was mainly assessed by the reduction of p-nitrophenol into p-aminophenol and a conversion yield of close to 100% was found.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (255 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 231-244. Annexes

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2013 TOU3 0204
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