Synthèse et mise en oeuvre de nanocomposites à base d’oxyde de zinc utilisés pour le traitement photocatalytique de l’eau contaminée par des disrupteurs endocriniens

Synthesis and performance of nanocomposites based on ZnO for the photocatalytic treatment of water contaminated with endocrin disruptor compounds

• Auteur / Autrice : Alma Berenice Jasso Salcedo
• Direction : Vladimir Alonso Escobar Barrios, Sandrine Hoppe, Fernand Pla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 29/08/2014
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (San Luis Potosí, México)
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Jose Rene Rangel Méndez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Juuan Martinez Vega, José Elias Perez Lopez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxyde de zinc

Matériaux hybrides

Photocatalyse

Eau -- Épuration

Perturbateurs endocriniens

Pollution de l'eau

Mots clés libres

Nanocomposites

Eau contaminée

Polymère

Photocatalyseur

Nanocomposites

Contaminated Water

Polymere

Photocatalyst

Résumé

Le présent travail porte sur la photodégradation de polluants aqueux utilisant des catalyseurs à base de ZnO. La première étape a consisté à fonctionnaliser ZnO avec des nanoparticules d'argent. Deux méthodes ont été utilisées : la photodéposition et l'imprégnation des particules d'argent sur ZnO. L’activité des catalyseurs obtenus vis-à-vis de la dégradation du bisphenol-A, du triclosan et de la rhodamine-B a été ensuite étudiée. L'effet du pH, des concentrations du photocatalyseur et du polluant et de la longueur d'onde sur la dégradation du bisphenol-A a été analysée et la constante cinétique déterminée. L'optimisation a montré qu'une teneur faible en argent et un pH alcalin, tant pour la fonctionnalisation de ZnO que pour la photodégradation, maximisent la constante cinétique de dégradation du bisphenol-A. Un modèle a également prédit que le système obtenu par photodéposition présente une activité photocatalytique supérieure à celle de celui obtenu par imprégnation. D'autre part, pour surmonter des problèmes d'agrégation, les particules d’Ag/ZnO ont été immobilisées grâce à leur incorporation dans une matrice d'acide polyacrylique réticulé. La surface des particules de catalyseur a, au préalable, été modifiée grâce à un agent de couplage silané qui a permis (i) la dispersion et l'ancrage par estérification des nanoparticules sur la matrice polyacrylique (ii) de promouvoir la cristallisation du polymère. Les composites obtenus ont été testés avec succès sous rayonnement UV avec une efficacité comparable à celle des particules non-immobilisées. L'immobilisation permet par ailleurs d'empêcher la photocorrosion du catalyseur et d'utiliser ces composites en mode continu

The present work concerns photodegradation of water contaminants using ZnO-based catalysts. The first step consisted in designing a new catalytic system by functionalizing ZnO with silver nanoparticles. Two methods were used: photodeposition and impregnation of silver nanoparticles (AgNPs) on ZnO. The photocatalytic activity of the resulting catalyst towards the degradation of bisphenol-A, triclosan and rhodamine-B was studied. The effect of pH, photocatalyst and contaminant concentrations and wavelength, on bisphenol-A degradation was studied and the kinetic rate constant was determined. The optimization showed that a low silver content and an alkaline pH, during both functionalization of ZnO and photodegradation, maximized the kinetic rate constant of bisphenol-A degradation. A model also predicted that Ag/ZnO obtained by photodeposition showed higher photocatalytic activity that of Ag/ZnO obtained by impregnation.On the other hand, to overcome aggregation problems, Ag/ZnO were immobilized owing to their incorporation in a cross-linked poly(acrylic acid) matrix . The surface of Ag/ZnO was previously modified, using a silane coupling agentwhich allowed (i) dispersing and anchoring NPs on the polyacrylic matrix by formation ester bonds (ii) promoting crystallization of the polymer. The composites were successfully tested under UV light with an efficiency comparable to that of non-immobilized NPs. The immobilization provides additional advantages e.g. hindrance of catalyst photocorrosion and possible use of the composite in continuous mode