Photocatalyseurs à base de Ag2CO3 et TiO2 déposés par voie humide (sol-gel, précipitation) et sèche (mécanosynthèse) sur des supports argileux d'origine naturelle

Ag2CO3 and TiO2 based photocatalysts deposited by wet (sol-gel, precipitation) and dried (mechanosynthesis) routes on natural clayey supports

• Auteur / Autrice : Omar Lakbita
• Direction : Francis Maury, Benaïssa Rhouta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 16/12/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT en cotutelle avec Université Cadi Ayyad (Marrakech, Maroc)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Cadi Ayyad (Marrakech, Maroc)
• Jury : Président / Présidente : Rachid Hakkou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francis Maury, Jocelyne Brendlé, Ihya Ait Ichou, Abdellatif Miraoui, Abderrahim Solhy, Vincent Goetz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jocelyne Brendlé, Ihya Ait Ichou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Science des matériaux

Mécanosynthèse

Mots clés libres

TiO2

Ag2CO3

Photocatalyseurs supportés

Sol-gel

Précipitation

Mécanosynthèse

Argiles

Irradiation solaire

TiO2

Ag2CO3

Supported photocatalysts

Sol-gel

Precipitation

Mecanosynthesis

Clays

Solar irradiation

Résumé

Ce travail rapporte l'élaboration par voies humides (sol-gel, précipitation) et sèche (mécanosynthèse) de photocatalyseurs originaux à l’état de poudre pure ou supportées sur des fibres de palygorskite (Pal), composant d’une argile brute naturelle d’origine marocaine. TiO2 seul, non dopé ou dopé au soufre, et couplé avec CuO fut utilisé comme composant actif principal. Ag2CO3 fut également étudié comme composant alternatif en raison de sa forte activité dans le domaine du visible. Ces photocatalyseurs furent testés pour la dégradation de polluants modèles anionique (orange G, OG) et cationique (rouge neutre, RN) en milieux aqueux, sous irradiation artificielle UV, Visible et Solaire, ainsi que sous ensoleillement naturel extérieur. Les caractérisations multi-échelles effectuées sur les différents photocatalyseurs développés ont essentiellement démontré : - L’immobilisation par sol-gel de nanoparticules (NPs) de TiO2 et CuO sur Pal avec formation d’hétérojonctions entre ces oxydes, produisant une activité photocatalytique sous UV avérée mais toutefois trop limitée ; - La formation par précipitation de nanocomposites à base de NPs Ag2CO3 déposées sur les fibres de Pal. Selon la durée de maintien des réactifs en digestion et un protocole de cycles thermiques couplés à du vieillissement sous atmosphère de CO2, il a été possible d’obtenir Ag2CO3 sous sa forme structurale métastable hexagonale (H) et stable monoclinique (m), ou de contrôler la proportion des 2 phases dans les composites Ag2CO3/Pal. Ces nouveaux photocatalyseurs sont actifs dans le visible et les nanocomposites biphasés H+m se sont avérés plus actifs que les monophasés. - L’élaboration par mécanosynthèse de TiO2 anatase supporté sur Pal et de TiO2 principalement anatase en coexistence remarquable avec une phase monoclinique métastable B dans le cas du dopage au soufre. TiO2-S est très actif dans le visible tandis que TiO2-Pal manifeste une activité sous UV en présentant l’avantage de pouvoir exploiter les propriétés de l’argile pour développer une multifonctionnalité (photocatalyse-adsorption). Ces photocatalyseurs sont actifs sous forme de poudres dispersés et de revêtements sous irradiation solaire. La cinétique de dégradation du polluant modèle a pu être modélisée.

This work reports the development of different photocatalysts using either wet route (sol-gel and precipitation methods) or dry route (mecanosynthesis followed by annealing). The photocatalysts are TiO2 (pure or doped with sulfur) nanoparticles (NPs), TiO2 coupled with CuO and Ag2CO3 supported on natural fibrous clay from Morocco called palygorskite (Pal). The degradation of model anionic dyes (orange G, OG) and cationic dyes (neutral red, NR) in aqueous solution were investigated under artificial radiation (UV and visible) and natural sunlight. The multi-scale chemical and structural characterization and the properties investigated on the different photocatalysts showed the following results: -Immobilization of both TiO2 and CuO NPs on palygorskite by sol-gel method. Despite the heterojunctions between these functional oxides the photocatalysts exhibit a limited activity under UV irradiation. - Elaboration of nanocomposites made of Ag2CO3 NPs deposited on Pal fibers using the precipitation method. Depending on the time of reactant digestion, the number of thermal cycles and the aging for several months, Ag2CO3 adopts remarkably, in these nanocomposites, the exclusive forms of metastable hexagonal structure (H), or the stable monoclinic one (m) or a mixture of both phases with different proportions depending on the mass ratio of Ag2CO3/Pal. All Ag2CO3-Pal nanocomposites are active in the visible range for the elimination of OG. The nanocomposites in the biphasic form H + m are more active than single phases samples either in the form H or m. - Preparation of anatase TiO2 supported on Pal and TiO2 as a mixture of mainly TiO2 anatase and a minority of a remarkable monoclinic phase B by a mechanical alloying method. The NPs surfaces of these photocatalysts are acidified by grafting the sulfate groups (SO42-) and the anionic network is lightly doped with substituting O2- by S2-. These specific characteristics have made TiO2-S very active in the visible for the degradation of OG, while TiO2-Pal composite exhibits an activity under UV. Both types of photocatalysts in the form of powders dispersed in the OG solutions have proved to be active under sunlight and as well in the form of coating. TiO2-Pal has showed allows the adsorption of cationic entities RN facilitating their subsequent photodegradation.