Synthèse, fonctionnalisation et impact sur l'environnement de nanotubes de carbone

Carbon nanotubes : synthesis, functionalisation and environmental impact

• Auteur / Autrice : Périne Landois
• Direction : Laury Gauthier, Emmanuel Flahaut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Toxicologie génétique

Dépôt chimique en phase vapeur

Environnement

Nanotubes

Mots clés libres

Nanotubes de carbone biparois

Dépôt chimique catalytique en phase vapeur (CCVD)

Tungstène

Ethanol

Ecotoxicité

Amphibiens

Inhibition de croissance

Génotoxicité

Micronoyau

Double-walled carbon nanotubes (DWNT)

Catalytic chemical vapour deposition (CCVD)

Tungsten

Ethanol

Ecotoxicity

Amphibian

Growth inhibition

Genotoxicity

Micronucleus

Résumé

Une première étude a consisté à synthétiser des NTC par CCVD à partir de catalyseurs Co/W-MgO sous une atmosphère gazeuse H2/CH4 afin de comparer l'effet du tungstène sur la croissance des NTC à celui du molybdène, utilisé pour la synthèse de NTC biparois (DWNT) développée au CIRIMAT. Des NTC à faible nombre de parois ont été synthétisés et le rôle promoteur du tungstène a été mis en évidence. La deuxième partie a concerné l'utilisation de l'éthanol comme source de carbone et a permis de synthétiser des NTC (hétérogénéité de diamètre et de nombre de parois) à partir de catalyseurs Co/Mo-MgO préparés par imprégnation, par CCVD à 850°C avec un palier de 30 minutes. Les échantillons bruts de NTC peuvent contenir des impuretés telles que du carbone amorphe, des nanofibres de carbone et des nanoparticules métalliques résiduelles. Une étude de purification sous air a donc été menée et une méthode de purification a été développée. Les NTC étant hydrophobes, nous avons proposé une méthode originale permettant leur mise en suspension par fonctionnalisation non-covalente à l'aide de tensioactifs non toxiques, permettant ainsi une application directe aux essais d'écotoxicité. Les travaux sur l'impact environnemental potentiel des DWNT (collaboration EcoLab) ont consisté en l'exposition statique ou semi statique de larves d'amphibiens (Ambystoma mexicanum et Xenopus laevis) à différentes concentrations de NTC bruts, purifiées ou fonctionnalisés. Ces travaux n'ont à ce jour mis en évidence aucune génotoxicité des DWNT pour les deux espèces testées. Cependant, une inhibition de croissance a été mise en évidence chez les larves de xénope à partir de 10 mg/L.

Synthesis of CNT by CCVD starting from MgO based catalyst containing Co and W under a gas mixture of H2/CH4 was studied to compare the effect of tungsten on the growth of CNT to the molybdenum used for the synthesis of double-walled CNT (DWNT) developed at the CIRIMAT. Few-walled CNT were synthesized and the promoter role of tungsten was evidenced. The second part on synthesis was focused on the use of ethanol as carbon source. CNT were synthesized starting from impregnated catalysts Co/Mo-MgO by CCVD at 850°C with a dwell of 30 minutes. The samples have a large distribution of diameter and number of walls and are also partly contaminated by carbon nanofibres. The pristine CNT samples could contain impurities such as amorphous carbon, carbon nanofibres and residual metal nanoparticles. A study of the purification of these samples in air was thus undertaken and a method of purification was developed. It was compared to steam purification. CNT are hydrophobic and we thus investigated the preparation of stable suspensions in water using natural non-toxic surfactants. The results we obtained were applied to the study of the ecotoxicity of DWNT. Evaluation of the environmental impact of the DWNT (EcoLab collaboration) consisted in the static or semi static exposure of amphibian larvae (Ambystoma mexicanum and Xenopus laevis) with different concentrations of raw, purified or functionalised CNT. No genotoxicity was evidenced with DWNT in our test conditions for the two species tested. However, growth inhibition was demonstrated in Xenopus larvae from 10 mg/L.