Synthèse et décoration à l'or d’oxydes alternatifs au TiO2 pour la dégradation photocatalytique du NO et du NO2 dans des conditions proches d’un environnement intérieur : Evaluation de l’efficacité et de la contribution de la décoration sur l’activité photocatalytique
Auteur / Autrice : | Kevin Castelló lux |
Direction : | Alexandra Bertron, Julie Hot |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie civil-chimie des matériaux |
Date : | Soutenance le 12/07/2022 |
Etablissement(s) : | Toulouse, INSA |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : LMDC - Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions de Toulouse - LCC-Laboratoire de Chimie de Coordination de Toulouse - Laboratoire Matériaux et Durabilité des constructions / LMDC - Laboratoire de Chimie de Coordination |
Jury : | Président / Présidente : Chantal Guillard |
Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Horgnies, Katia Fajerwerg, Pierre Fau | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Thévenet, Jean-Yves Piquemal |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
L’objectif de ce travail de thèse est de mettre au point des matériaux photocatalytiques permettant de lutter contre la pollution de l’air dans des conditions se rapprochant de celles d’un environnement intérieur (50% humidité relative, faible intensités d’irradiation UV-A et visible, faible quantité de matériau) et offrant une alternative au TiO2, produit de référence dans ce domaine. Dans ce but, trois oxydes métalliques semi-conducteurs, TiO2, WO3 et ZnO, et le nano-composite ZnWO4/WO3 ont été synthétisés et leur activité photocatalytique a été évaluée par rapport à la dégradation des NOx (NO et NO2) sur des échantillons de verre et mortier à l’échelle d’un réacteur de laboratoire. Les oxydes les plus performants, TiO2 et ZnO, ont été ensuite décorés par des nanoparticules métalliques d’or (Au) afin d’améliorer leur activité photocatalytique (séparation des charges photogénérées) et leur propriété d’absorption (effet de résonance plasmon), et les rendre ainsi actifs sous lumière visible artificielle. Les performances des oxydes décorés par l’or (1% massique), Au/TiO2 et Au/ZnO, et non décorés, TiO2 et ZnO, ont été comparées sur verre et sur mortier pour l’abattement du NO et du NO2. Les résultats ont montré l’intérêt qu’offre le matériau Au/ZnO par rapport au TiO2 avec des performances de dégradation accrues sous NO2 et une sélectivité supérieure sous NO. Enfin, des essais dans une chambre expérimentale de 10 m3, servant ici de réacteur à une échelle intermédiaire, ont été réalisés pour comparer les performances de TiO2 et de Au/ZnO sous lumière artificielle (tubes fluorescents UV-A et visible) et lumière solaire indirecte (rayonnement à travers la surface vitrée).Nos études ont permis de montrer que la séparation des charges photogénérées est l’effet prédominant à l’origine de l’augmentation des propriétés photocatalytiques de l’oxyde décoré Au/ZnO dans nos conditions d’essais. L’utilisation d’une irradiation uniquement dans le domaine visible (400 – 800 nm) de faible intensité (6 W/m2) ne permet pas d’activer ce photocatalyseur de manière significative. L’oxyde ZnO décoré à l’or est en revanche très efficace dès de très faibles irradiations UV-A (≤ 0,1 W/m2, 315 – 400 nm), ce qui montre ainsi la possibilité d’utiliser le matériau Au/ZnO en intérieur sous irradiation solaire indirecte et/ou avec certains illuminants d’intérieur (tubes fluorescents) émettant une fraction minime d’UV-A.