Développement de photopolymères à base de polyoxométallates pour des applications en dépollution

par Chaima Brahmi

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Jacques Lalevée et de Latifa Bousselmi.

Soutenue le 04-10-2021

à Mulhouse en cotutelle avec l'Institut National des Sciences Appliquées et de Technologie (Tunisie) , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) , en partenariat avec Institut de Science des Matériaux de Mulhouse / IS2M (laboratoire) .

mots clés

• Photopolymère
• Composite
• Photocatalyseur
• Catalyse hétérogène
• Dégradation des polluants
• Caractérisation des composites
• Traitement des eaux
• Photopolymérisation
• Déchets -- Élimination
• Eaux usées -- Épuration
• Radicaux libres (chimie)
• Photopolymérisation
• Photocatalyse

Résumé

Le présent travail porte sur l’immobilisation de différents photocatalyseurs généralement synthétisés sous une forme poudreuse dans une matrice polymère via un processus de photopolymérisation. Les matériaux obtenus sont plus aboutis technologiquement et plus facilement récupérables et régénérables ce qui permet d’éviter les méthodes usuelles de recyclage chronophages et coûteuses. Les matériaux ciblés dans le cadre de cette thèse sont des matériaux verts, stables et à faible coût tels que les POMs, les MOFs et les Pérovskites. Les composites synthétisés ont été caractérisés d’une manière complète par diverses techniques de caractérisation telles que le MEB, TEM, EDX, DRX, FIR, ATG/ATD, DMA, AFM, RPE…En outre, plusieurs polluants organiques ont été photodégradé en présence de ces matériaux tels que le Bisphénol-A, l’Ibuprofène, l’Acid Black…Le suivi de cinétique de décomposition a été réalisé par spectrométrie UV-Visible et l’identification des mécanismes de dégradation a été basé sur des analyses de spectrométrie de masse accompagnée d’une recherche bibliographique approfondie. La dernière partie de ces travaux de thèse a été consacrée à une étude comparative entre les efficacités photocatalytique, les rigidités mécaniques, les stabilités thermiques ainsi que les durabilités des différents photocomposites synthétisés. La différence d’efficacité était par la suite expliquée en se basant sur les énergies de gap et les intensités de fluorescence des différents systèmes développés.

mots clés

• Photopolymer
• Composite
• Photocatalyst
• Heterogeneous catalysis
• Degradation of pollutants
• Characterization of composites
• Water treatment
• Photopolymerization

Titre traduit

Development of photopolymers based on different photocatalysts for depollution applications

Résumé

The present work reports the immobilization of different photocatalysts generally synthesized in a powder form into a polymer matrix via a photopolymerization process. The obtained materials are more technologically advanced and more easily recoverable and regenerable, avoiding than the usual time-consuming and expensive recycling methods. The targeted photocatalysts materials used in this work are green, stable and low-cost materials such as POMs, MOFs and Perovskites.The synthesized composites were fully characterized by various characterization techniques such as SEM, TEM, EDX, DRX, FIR, ATG / ATD, DMA, AFM, RPE… In addition, several organic pollutants were photodegraded in the presence of these materials including Bisphenol-A, Ibuprofen, Acid Black… The contaminants decomposition kinetics were monitored by UV-Visible spectrometry and the identification of degradation mechanisms was based on mass spectrometry analyzes bibliographic data.The last part of this work was devoted to a comparative study between the photocatalytic efficiencies, the mechanical rigidities, the thermal stabilities as well as the reuse of the various synthesized photocomposites. The difference in efficiency was subsequently explained based on the gap energies and fluorescence intensities of the different developed photocomposites.