Composites Charbon-Actif/TiO2 pour des applications solaires

Activated-Carbon/TiO2 composites for solar applications

• Auteur / Autrice : Enrique Ribeiro
• Direction : Gaël Plantard, Vincent Goetz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 07/12/2020
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire (Perpignan)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Faur, Christophe Colbeau-Justin, Jean-François Cornet, Francis Maury, Laurent Thomas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Faur, Christophe Colbeau-Justin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxyde de titane

Transfert radiatif

Photocatalyse

Adsorption

Charbon actif

Eaux usées -- Épuration

Mots clés libres

Composites CA/TiO2

Photocatalyse

Adsorption

Traitement de l'eau

Transfert radiatif

Photoréacteur

AC/TiO2 composites

Photocatalysis

Adsorption

Water treatment

Radiative transfer

Photoreactor

Résumé

L'utilisation de composites possédant une double fonctionnalité adsorption/photo-oxydation est une solution d'intérêt majeur pour traiter les polluants bio-récalcitrants contenus dans les eaux usées, par voie à partir d’énergie solaire. Cette étude propose la mise en œuvre de composites associant charbon actif (CA) et dioxyde de titane (TiO2) par une méthode originale de préparation, la mécanosynthèse. La faisabilité de la préparation de composites CA/TiO2 par mécanosynthèse a d'abord fait l'objet d'un travail d'investigation permettant sa validation. Cette première étape a permis de montrer la pertinence de la méthode pour l'élaboration de composites CA/TiO2 sous forme pulvérulente qui ont des propriétés structurales homogènes et maîtrisées et possèdent les propriétés fonctionnelles de photo-oxydation et de sorption recherchées. Dans un second temps, ces travaux montrent l'adaptabilité de la méthode pour la fabrication de composites CA/TiO2 de composition et donc de propriétés modulables en fonction de l'application de traitement de l'eau ciblée. Les propriétés radiatives de ces matériaux – qu'il est primordial de connaître pour envisager leur intégration au sein d'un photoréacteur – ont été déterminées par une approche théorique couplée à des mesures expérimentales. Il a ainsi pu être possible dans un dernier temps de modéliser et de simuler le transfert radiatif au sein d'un photoréacteur de géométrie simple contenant ces matériaux.

The use of bifunctional adsorbent/photocatalyst composite is a solution of great interest for the solar removal of persistent pollutants from wastewaters. This work investigates the mechanosynthesis as an original approach for the preparation of Activated-Carbon/TiO2 composites . First, the feasibility of the preparation approach was validated. The method appeared relevant to produce homogeneous AC/TiO2 granular composites with controlled structural properties. The control of the preparation parameters led to both AC and TiO2 sorption and photo-oxidation functional properties preservation within the composite structure. Secondly, the preparation method ability in creating compositionally-varied AC/TiO2 composites, exhibiting different functional properties. This second part allowed us to show the adaptability of the AC/TiO2 preparation for a wide range of water treatment applications. The radiative properties of these materials - which are essential to know in order to consider their integration within a photoreactor - have been determined by a theoretical approach coupled with experimental measurements. It was thus possible to model and simulate the radiative transfer within a simple geometry photoreactor containing these materials.