Elaboration de photocatalyseurs à base d'argile pour la décontamination des polluants organiques en solution aqueuse

Elaboration of clay-based catalysts for the decontamination of organic pollutants in aqueous solution

• Auteur / Autrice : Amina Bakhtiar
• Direction : Ulrich Maschke, Zohra Bouberka
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 12/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....) en cotutelle avec Université des Sciences et de la Technologie d'Oran Mohamed-Boudiaf (Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations
• Jury : Président / Présidente : Mohammed Hadjel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Leclercq
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdellah Benhamou, Michel Dumon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décontamination

Eau -- Pollution par les composés organiques

Solutions aqueuses (chimie)

Sol-gel, Procédé

Oxyde de titane

Nanoparticules photocatalytiques

Photocatalyse

Mots clés libres

Argile

Rayonnement visible

Sépiolite

Photocatalysis

TiO2

Pollutants

Nanoparticules

Clay

Sepiolite

Résumé

Un matériau nanocomposite de TiO2 à base d'argile a été synthétisé par une méthode facile pour étudier sa structure et son efficacité photocatalytique. Les nanoparticules de TiO2 supportées ont été générées par une méthode sol-gel, puis mélangées à une suspension de sépiolite.Le matériau a été récupéré sous forme de poudre (Mc-80), puis calciné afin d'arranger le réseau cristallin des particules de TiO2 pour une utilisation en photocatalyse hétérogène. Il est appelé donc (Mc-80-500).Le diffractogramme des rayons X de la poudre du Mc-80-500 révèle une dispersion de particules de TiO2 en phase anatase et rutile sur la surface de l'argile, présentant une taille de l'ordre de 4-8 nm. Les images TEM du Mc-80-500 ont confirmé la présence de billes de TiO2 isolées à la surface de la sépiolite fibreuse. La surface spécifique du Mc-80-500 est supérieure à celle de la sépiolite brute et à celle des nanoparticules de TiO2 libres.Le Mc-80-500 s'est révélé plus efficace dans la photocatalyse hétérogène par rapport aux autres matériaux TiO2 à base de sépiolite. Une dépollution totale d'un colorant réactif (Orange G) a été obtenue après 1h d'irradiation, ce qui est relativement rapide par rapport aux rapports précédents. Le matériau photocatalyseur peut être lavé avec de l'eau distillée sans additifs chimiques ou calcination, et peut être réutilisé plusieurs fois pour la photocatalyse sans perte d'efficacité.Mots clé : nanoparticules, photocatalyse, sol-gel, sépiolite, dioxyde de titane

A clay-based TiO2 nanocomposite material was synthesized by a facile method to investigate its structure and photocatalytic efficiency. The supported TiO2 nanoparticles were generated from a sol-gel method, and subsequently, mixed with a suspension of sepiolite. The material was recovered in powder form (Mc-80), and then calcined to properly arrange the crystal lattice of the TiO2 particles for use in heterogeneous photocatalysis (Mc-80-500). The powder X-ray diffractogram of Mc-80-500 reveals a dispersion of anatase and rutile phase TiO2 particles on the clay surface, exhibiting a size in the order of 4-8 nm. TEM images of Mc-80-500 confirmed the presence of isolated TiO2 beads on the surface of the fibrous sepiolite. The specific surface area of Mc-80-500 is larger than that of raw sepiolite and that of free TiO2 nanoparticles.Mc-80-500 was found to be more efficient in heterogeneous photocatalysis compared to other TiO2 materials based on sepiolite. A total depollution of a reactive dye (Orange G) was achieved after 1h irradiation time, which is relatively quick compared to previous reports. The photocatalyst material can be washed with distilled water without chemical additives or calcination, and can be reused several times for photocatalysis without loss of efficiency.Keywords: nanoparticles, photocatalysis, sol-gel, sepiolite, titanium dioxide