Nano-matériaux hybrides pour l’élimination de micro-polluants organiques (HAP) dans les effluents aqueux

par Nadine Bou Orm

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Stéphane Daniele et de Laurent Djakovitch.

Le président du jury était Laurent Duclaux.

Les rapporteurs étaient Sylvie Bégin-Colin, Michel Wong Chi Man.


  • Résumé

    Le sujet de la thèse porte sur l'élaboration de nouveaux matériaux MOx (M=Ti,Zr) nanostructurés et fonctionnalisés en surface pour l'élimination des micro-polluants HAP dans des effluents aqueux. Compte tenu de la nature des polluants visés, nous avons choisi de travailler sur des fragments organiques (R) mono- ou poly-aromatiques, pouvant former des complexes de transfert de charge (π-stacking) avec les HAPs en solution, étant donné que ces interactions sont effectives en milieu aqueux. Dans le but d'obtenir un greffage efficace et pérenne, nous avons sélectionné des greffons phosphonates R-P(O)(OH)2 plutôt que carboxylates R-COOH. Ce projet a donc consisté en l'élaboration de différents ligands de type acides phosphoniques comportant au moins une insaturation via une addition d'Aza-Michael. La modification de précurseurs hétéroleptiques a pu conduire à la formation de matériaux hybrides en une seule étape par le procédé sol-gel. Cette approche moléculaire « bottom-up & one pot » a permis l'obtention de nanoparticules cristallisées (pour le titane) et fonctionnalisées en surface de façon contrôlée. Ces nanomatériaux ont ensuite été évalués, seuls ou supportés sur textiles, pour l'élimination de 16 HAP (considérés prioritaires par l'agence américaine EPA). Les matériaux nanocomposites (textiles / oxyde) fonctionnalisés ont démontré les mêmes performances d'adsorption des HAPs que les poudres hybrides nano-structurés, tout en apportant l'avantage supplémentaire de traiter efficacement de plus grands volumes d'eaux pollués en un temps plus court. Enfin ces matériaux peuvent être recyclés ce qui est totalement impossible avec les matériaux carbonés usuels du type charbon actif

  • Titre traduit

    Elaboration of smart hybrid nano-composites for water treatment : elimination of PAH from water effluents


  • Résumé

    The subject of the thesis concerns the elaboration of new hybrid nanomaterials Mox (M=Ti, Zr)n for the elimination of PAH micro-pollutants in aqueous effluents. Taking into account the nature of such pollutants, we chose to work on organic fragments (R) mono- or poly-aromatic, which could form complexes or transfer (p-stacking) with the HAPs in solution, given that these interactions are effective in aqueous media. In order to obtain an effective and long-lasting grafting, we selected phosphonates R-P (O)(OH)2 ligands rather than carboxylates ones R-COOH. This poject thus consisted of the elaboration of different ligands of phosphonic acid containing at least one insaturation via an Aza-Michael addition. Heteroleptic molecular precursors were obtained by reaction between metallic alkoxides and various phosphonic acids, and led us hybrid nanomaterials in a single stage by sol-gel process. This molecular approach “bottom-up & one pot” allowed the obtaining of crystallized nanoparticles (for the titanium) and the control of the surface functionalization. The performances of these nanomaterialsThe performances of these nanomaterials were then tested, alone or supported on fabrics, for the elimination of HAP (considered as priority by the American agency EPA). The results of adsorption of the HAPs on the various synthesized nanomaterials show an exceptional efficiency of materials to adsorb 16 HAPs. The nanocomposite materials (textile/oxides) demonstrated the same performances of adsorption of the HAPs as the hybrid nano-structured powders, while bringing the additional benefit to treat effectively bigger volumes of waters polluted within shorter time. Finally these materials can be recycled which is totally impossible with the usual carbon materials such as activated charcoal


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