Mousses géopolymères fonctionnalisées pour la photo-oxydation : Élaboration, synthèse de catalyseurs et études des propriétés fonctionnelles.

Functionalized geopolymer foams for photo-oxidation: development, synthesis of catalysts and studies of the properties functional

• Auteur / Autrice : Sara Benkhirat
• Direction : Gael Plantard, Khalid Nouneh
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'Ingénieur
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2022
• Etablissement(s) : Perpignan en cotutelle avec Université Ibn-Tofail
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire (Perpignan)

Mots clés

Mots clés libres

Photocatalyse

Fonctionnalisation

Catalyseurs

Adsorption

Transfert radiatif

Mousse geopolymere

Photocatalysis

Functionalization

Catalysts

Adsoption

Geopolymer foam

Résumé

Les eaux polluées subissent un traitement primaire et secondaire généralement dans les STEP ayant pour but d'éliminer les déchets volumineux non biodégradables d'une part et d'autre part de dégrader les polluants organiques. La persistance de ces polluants peut s'expliquer par l'inefficacité des méthodes traditionnelles de traitement des eaux industrielles. Les traitements biologiques ne dégradent pas ces molécules, un traitement tertiaire semble obligatoire. Actuellement, les procédés d'oxydation avancés (photocatalyse, ozonation, fenton…) suscitent un grand intérêt. Parmi ces méthodes, la photocatalyse apparait comme une technique de choix pour ce type d'application. Elle consiste à utiliser un photocatalyseur sous irradiation UV pour oxyder les polluants présents dans l'eau. La plupart des études ont été réalisées avec des catalyseurs en poudre, mais son principal inconvénient est le coût élevé de la filtration finale. Pour éviter cette opération, le projet de thèse s'inscrit dans le développement de matériaux supportés innovants. Le catalyseur sera déposé sous forme couche mince sur deux types de matériaux mousse métallique a base d'aluminium et mousse geopolymere. Le geopolymere moussé est un bon candidat de par sa résistance mécanique, chimique, thermique et la forte porosité de ce matériau qui en fait un matériau adapté à l'utilisation du rayonnement solaire. Ce projet se scinde en deux parties : élaboration de mousses fonctionnalisés par des catalyseurs et études des propriétés fonctionnelles de ces matériaux. La possibilité d'élaborer des mousses géopolymères sera investiguée par méthode de moussage direct (ajout de peroxyde d'hydrogène H2O2) pour conférer une porosité maitrisée au matériau. Cette technique largement utilisée dans le domaine du génie civil, n'est actuellement pas appliquée au domaine du génie des procédés. Ensuite, les catalyseurs ZnO et CdS seront déposés sur un support de mousse en utilisant la technique de dépôt chimique SILAR (Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction) afin d'obtenir des propriétés photocatalytiques. Les caractéristiques structurales des matériaux seront définies afin d'optimiser les conditions d'élaboration. Dans une deuxième partie, les propriétés fonctionnelles seront abordées pour évaluer la pertinence de ce type de matériaux pour une application de traitement par voie solaire. Pour cela, les propriétés radiatives (capacité à utiliser le rayonnement), les propriétés photo-oxydatives (capacité à dégrader une cible) et de transferts de matière (capacité à stocker les cibles) seront étudiées.

Polluted water undergoes primary and secondary treatment generally in STEP with the aim of eliminating pollutants non-biodegradable waste and on the other way degrading organic pollutants. The persistence of these pollutants can be explained by the inefficiency of traditional industrial water treatment methods. Biological treatments do not degrade these molecules, a tertiary treatment seems mandatory. Currently, advanced oxidation processes (photocatalysis, ozonation, fenton, etc.) are attracting great interest. Among these methods, photocatalysis appears to be a technique of choice for this type of application. It consists of using a photocatalyst under UV irradiation to oxidize the pollutants present in the water. Most studies have been done with powdered catalysts, but its main drawback is the high cost of final filtration.To avoid this operation, the thesis project is part of the development of innovative supported materials. The catalyst will be deposited in the form of a thin layer on two types of metallic foam materials based on aluminum and geopolymer foam. Foamed geopolymer is a good candidate due to its mechanical, chemical and thermal resistance and the high porosity of this material, which makes it a material suitable for the use of solar radiation. This project is divided into two parts: development of foams functionalized by catalysts and studies of the functional properties of these materials. The possibility of developing geopolymer foams will be investigated by direct foaming method (addition of hydrogen peroxide H2O2) to confer controlled porosity to the material. This technique widely used in the field of civil engineering, is not currently applied to the field of process engineering. Then, the ZnO and CdS nanostructures catalysts will be deposited on a foam support using the chemical deposition technique SILAR (Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction) in order to enhance photocatalytic efficiency. The structural characteristics of the materials will be defined in order to optimize the conditions of development. In a second part, the functional properties will be discussed to assess the relevance of this type of material for a solar treatment application. For this, radiated properties (ability to use radiation), photo-oxidative properties (ability to degrade a target) and material transfer (ability to store targets) will be studied.