Dégradation photocatalytique de colorants sur TiO2 Degussa P25 et argile pontée au titane

Photocatalytic degradation of dyes on TiO2 Degussa P-25 and TiO2 pillared clays

• Auteur / Autrice : Karima Meguedad
• Direction : Chantal Guillard, Zoubir Derriche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 12/12/2009
• Etablissement(s) : Lyon 1 en cotutelle avec Université des Sciences et de la Technologie d'Oran Mohamed-Boudiaf (Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Noureddine Bettahar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Figueras
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Didier Robert, Abderrahim Choukchou-Braham

Mots clés

Mots clés contrôlés

pH

Pollution de l'eau

Industries textiles

Colorants -- Chimie

Mots clés libres

Photoctalyse

Colorants

Degussa P25

Argile pontée au titane

Photoctalyse

Dyes

Degussa P25

Titanium pillared clay

Résumé

Ces dernières années, les problèmes d’environnement et de dépollution sont devenus cruciaux. En particulier, les industries textiles sont une source très importante de pollution des milieux aquatiques. De 60 à 70 % des colorants de l’industrie textiles contiennent une ou plusieurs fonctions azoïques et sont pour la plupart d’entre eux toxiques, mutagènes et cancérigènes. L’objectif de la thèse a été d’évaluer l’efficacité du procédé photocatalytique pour éliminer des colorants anioniques et cationiques seuls ou en mélange en présence de dioxyde de titane et d’argile pontée au titane, synthétisé au laboratoire. Trois colorants sont étudiés comme modèle le bleu de Méthylène (BM), le noir Rémazol 5 (NR5) et le réactif rouge 2 (RR2). La première partie du travail est une étude cinétique de l’adsorption, de la dégradation et de la minéralisation de ces colorants à différents pH. Plusieurs conclusions émergent (1) l’isotherme d’adsorption n’est pas une isotherme de Langmuir (2) aucune corrélation n’est observée entre les quantités adsorbées et les vitesses de dégradation et (3) à forte concentration en colorants, une partie de la lumière est absorbée et la vitesse de dégradation diminue. La seconde partie du travail concerne l’étude du mélange des deux colorants anioniques. L’influence du rapport molaire, du pH et de la concentration initiale sur l’isotherme d’adsorption, la cinétique de décoloration et de minéralisation des deux colorants dans le mélange sont étudiés et comparés à celle obtenues pour les colorants pris individuellement. Aucun complexe n’est formé. Des compétitions entre les deux colorants sont observées après saturation de la surface de TiO2. Au-delà de la saturation du catalyseur un ralentissement de la minéralisation du COT et des hétéroatomes est observé. La troisième partie de l’étude est dédiée à l’étude de la préparation, caractérisation et propriétés photocatalytique de l’argile pontée au TiO2 (MMT-TiO2) et du matériau composite : argile pontée au TiO2 dopée avec de l’argent (MMT-TiO2/Ag). Cette étude est réalisée sur le colorant cationique (BM) et le colorant anionique (NR5). Une adsorption totale du colorant BM est observée, contrairement au NR5 qui ne s’adsorbe pratiquement pas, suggérant une adsorption par liaison ionique. L’argile pontée dopée ou non ne présente pas des propriétés photocatalytiques plus importantes que celle de TiO2 mais joue un rôle important sur l’adsorption des colorants cationiques, ce qui favorise leur élimination de la solution aqueuse. La présence d’Ag diminue les propriétés d’adsorption et de photocatalyse de l’argile pontée.

The problems of environment become crucial. In particular, textile industries are important sources of pollution of the aquatic system. 60% to 70% of dyes used in these textiles industries are azo dyes containing one or more; some of them are toxic, mutagenic and carcinogenic compounds. The aim was to evaluate the efficiency of photocatalytic processed for the elimination of anionic and cationic dyes alone or in combination with titanium dioxide and clay pillared with titanium, synthesized in the laboratory. The photocatalytic processing is interesting because solar flux can be used. Three dyes were studied as model: methylene blue (BM), black Remazol 5 (NR5) and reactive red 2 (RR2). The first part of this work is a kinetic study of adsorption, degradation and mineralization of these dyes at different pH. Several conclusions emerge (1) the adsorption isotherm is not of Langmuir type(2) no correlation exists between the quantities adsorbed and the degradation rates and (3) at high concentration, a part of UV is absorbed by the dye and the degradation rate decreases. The second part of the work involves the study of the mixture of two anionic dyes. The concentration of both dyes in the mixture, the influence of molar ratios, pH and initial concentration on the adsorption isotherm, kinetics of decolorization and mineralization of the two dyes in the mixture are compared to that obtained for the individual dyes. No complex is formed and competition between the two dyes occurs only after saturation of the photocatalyst surface. Beyond the saturation of the catalyst a slower mineralization of TOC and heteroatoms are observed. The third part deals with the preparation, characterization and photocatalytic properties of TiO2 pillared clay (MMT-TiO2) and of a composite material: TiO2 pillared clay doped with silver (MMT -TiO2/Ag), performed on the cationic dye (MB) and the anionic dye (NR5). A total adsorption of the BM dye is observed. Constrasting with the NR5 adsorption suggesting an adsorption by ionic bond. The pillared clay doped or not with silver but favors the elimination of dyes from the aqueous solution by adsorption. The presence of silver reduces the adsorption properties and photocatalysis properties of the pillared clay.