Synthèse de dioxyde de titane déposé sur des supports macro-poreux SiBC et SiBCN pour la photo-catalyse

Synthesis of titanium dioxide coated on macroporous SiCB and SiBCN supports for photocatalysis

• Auteur / Autrice : Mélanie Wynn
• Direction : Anne Leriche, Samuel Bernard, Philippe Champagne, Philippe Miele
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 29/09/2017
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des matériaux céramiques et procédés associés (Maubeuge, Nord ; 1998-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Foucaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Leriche, Samuel Bernard, Philippe Champagne, Philippe Miele, Alain Celzard, Julien Parmentier, Sophie Le Gallet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Celzard, Julien Parmentier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites céramiques-polymères

Oxyde de titane

Photocatalyse

Mots clés libres

Photo-Catalyse

Sol-Gel

Hydrothermal

Polymères précéramiques

Pdc

Dioxyde de titane

SiBCN

SiBC

Céramique macro-Poreuse.

Photocatalysis

Sol-Gel

Hydrothermal

Preceramic polymers

Pdc

Titanium dioxide

SiBCN

SiBC

Macroporous ceramic.

Résumé

La photo-catalyse est une voie très prisée pour la dépollution de l’eau ou de l’air. Le photo-catalyseur le plus employé est le dioxyde de titane (TiO2) mais l’activité photo-catalytique peut fortement varier d’une poudre à l’autre. De plus, il est très avantageux, voire nécessaire, de le déposer sur un support, pour une manipulation aisée, notamment s’il s’agit d’un monolithe poreux. Le but de cette thèse, menée en collaboration entre le LMCPA et l’IEM, est de produire un photo-catalyseur supporté : une mousse céramique, issue de précurseurs céramiques polymériques (voie PDC), revêtue de TiO2, tout en visant une cristallisation et une intégration du TiO2 dans la mousse, en une seule étape, par voie hydrothermale. Nous avons étudié la synthèse de TiO2 par voie hydrothermale formant ainsi des poudres de diverses natures (anatase, brookite, oxyde hydraté de titane et mélanges de ces phases) ; certaines présentent une activité photo-catalytique supérieure, dans certaines conditions, à celle de la référence commerciale le P25 de Degussa. Cette étude a également permis de produire de la brookite pure à une température relativement basse, bien plus performante que le P25 et l’anatase dans certaines conditions. Parallèlement, divers polymères précéramiques ont été investigués pour la confection de supports macro-poreux via la méthode des charges sacrificielles. Nous avons ainsi réalisé des mousses en céramique amorphe en SiBCN et SiBC, hautement poreuses, ouvertes et robustes. Enfin, les poudres de TiO2 les plus efficaces ont été déposées sur les mousses, par la voie hydrothermale, pour former le photocatalyseur supporté dont l’activité photo-catalytique a été évaluée.

Photocatalysis is a method of choice for water and air depollution. Titanium dioxide (TiO2) is the most used photocatalyst but photocatalytic activity can widely differ from one powder to another. Moreover, it is useful, or even necessary, to immobilize it on a support; in particular, a porous monolithic support for an easier handling. The purpose of this PhD thesis, consisting in a collaboration between the LMCPA and the IEM, is to produce a supported photocatalyst: an amorphous ceramic foam produced from polymeric ceramic precursors (PDC route) coated with TiO2. The objective is also to target a one pot process the crystallization and the incorporation of the photocatalyst, in a single stage, through a hydrothermal treatment. We studied the hydrothermal synthesis of TiO2 powders composed of various crystalline phases (anatase, brookite, titanium oxide hydrate and mixtures of thereof); some of them showed higher photocatalytic activity than the commercial reference, Degussa’s P25. This study also lead to the synthesis of pure brookite, at a relatively low temperature, much more efficient than P25 and anatase under certain conditions. At the same time, various preceramic polymers were studied for the production of macroporous supports through the sacrificial filler technique. We were able to produce highly porous, opened and robust amorphous ceramic foams in the Si-B-C-N and Si-B-C systems. Lastly, the foams were coated with the most efficient TiO2 powders in order to produce supported photocatalysts by the hydrothermal route; their photocatalytic activity was then evaluated.