La conception de catalyseurs 3D a base de supports céramiques pour des reactions en catalyse heterogene

The design of catalysts supported on 3D printed ceramics for heterogeneous catalysis reactions

• Auteur / Autrice : Caryn Youssef
• Direction : Damien Voiry, Mirvat Zakhour
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IEM - Institut Européen des Membranes

Mots clés

Mots clés libres

Catalyses

Heterogenes

Ceramiques 3D

Catalysis

Heterogeneous

3D printed ceramics

Résumé

Avec les besoins croissants en eau potable, les technologies membranaires sont devenues l'une des technologies les plus importantes pour le traitement des eaux usées. Cependant, de nombreuses limitations empêchent les membranes conventionnelles de se développer de manière viable à un niveau industriel. Ces problèmes sont liés au contrôle limité de la composition, de la structure et de la forme des membranes, ainsi qu'au colmatage. Les membranes céramiques pourraient jouer un rôle important dans le développement de membranes multifonctionnelles innovantes pour le traitement de l'eau en raison de leur stabilité thermochimique et de leur grande résistance au colmatage. L'objectif de cette thèse est de concevoir de nouvelles membranes céramiques 3D pour le traitement des eaux usées et en particulier la séparation eau-huile, les biocontaminants ou les micropolluants. Pour atteindre cet objectif, de nouvelles géométries et des architectures de membranes personnalisées seront développées grâce à des approches innovantes permettant de contrôler la composition, la macro- et la microstructure des céramiques ainsi que la porosité et les propriétés de surface de la membrane. Nous prévoyons des avancées technologiques dans le domaine des céramiques et des membranes grâce au développement de membranes d'ultrafiltration hautement stables, efficaces et économiques qui peuvent être compatibles avec des applications industrielles. Le projet vise à développer de nouvelles membranes fonctionnalisées basées sur des céramiques 3D pour le traitement des eaux usées en utilisant des techniques de fabrication avancées. Pour répondre au potentiel de ce domaine émergent 4 objectifs sont fixés : i) formulation et caractérisation de résines photopolymérisables directement imprimables par stéréoplithograhie SLA ii) mise en forme de la membrane à porosité hiérarchisée par SLA, iii) fonctionnalisation contrôlée de surface par des couches superhydrophiles (Des couches minces de métaux ou d'oxydes métalliques devraient rendre la surface plus hydrophile, ce qui est connu pour atténuer l'encrassement pendant les processus de filtration en améliorant l'hydrophilicité du revêtement. En outre, l'hydrophilicité et l'hydrophobicité ajustables de la surface de la membrane sont hautement souhaitables pour la séparation de l'eau et de l'huile. Par conséquent, une surface hydrophile pourrait être plus efficace et plus stable pour la séparation de l'eau et de l'huile), et iv) compréhension du comportement de la membrane dans des conditions réalistes de filtration.

With the growing needs for drinking water, membrane technologies have become one of the most important technologies for wastewater treatment. However, many limitations prevent conventional membranes from developing viably at an industrial level. These problems are related to the limited control of the composition, structure and shape of the membranes, as well as clogging. Ceramic membranes could play an important role in the development of innovative multifunctional membranes for water treatment due to their thermochemical stability and high clogging resistance. The objective of this thesis is to design new 3D ceramic membranes for the treatment of wastewater and in particular the water-oil separation, biocontaminants or micropollutants. To achieve this goal, new geometries and custom membrane architectures will be developed through innovative approaches to control the composition, macro- and microstructure of ceramics as well as the porosity and surface properties of the membrane. We foresee technological advances in the field of ceramics and membranes through the development of highly stable, efficient and economical ultrafiltration membranes that can be compatible with industrial applications. The project aims to develop new functionalized membranes based on 3D ceramics for wastewater treatment using advanced manufacturing techniques. To respond to the potential of this emerging field, 4 objectives are defined: i) formulation and characterization of photopolymerizable resins directly printable by SLA stereolithography ii) shaping of the membrane with hierarchical porosity by SLA, iii) controlled surface functionalization by layers superhydrophilic (Thin layers of metals or metal oxides should make the surface more hydrophilic, which is known to reduce fouling during filtration processes by decreasing the hydrophilicity of the coating. Additionally, hydrophilicity and hydrophobicity of the membrane surface are highly desirable for the separation of water and oil, therefore a hydrophilic surface might be more efficient and more stable for the separation of water and oil) , and iv) understanding of membrane behavior under realistic filtration conditions.