Matériaux carbonés multifonctionnels à porosité contrôlée à partir des ressources végétales tropicales : application au traitement de l'eau par photocatalyse

Telegang Chekem Cédric. 2017. Matériaux carbonés multifonctionnels à porosité contrôlée à partir des ressources végétales tropicales : application au traitement de l'eau par photocatalyse. Perpignan : Université de Perpignan, 254 p. Thèse de doctorat : Sciences de l'ingénieur : Université de Perpignan

Encadrement : Goetz, Vincent ; Blin, Joël

Résumé : L'utilisation de matériaux composites présentant une double fonction adsorption-photodégradation vis-à-vis des polluants biorécalcitrants est une solution prometteuse pour le traitement de l'eau par voie solaire. Dans ce travail, des matériaux composites charbons actifs – TiO2 (CA-TiO2) sont élaborés suivants trois méthodes simples à partir de biomasses disponibles dans la sous-région de l'Afrique de l'Ouest. Les charbons actifs (CA) obtenus après pyrolyse des biomasses développent une texture poreuse qui se modifie ensuite en fonction de la voie de fixation des nanoparticules de TiO2 (NPs-TiO2) mise en oeuvre pour l'obtention des matériaux composites. Parmi les trois voies étudiées, l'imprégnation du CA avec le sol de NPs-TiO2 préformées conduit à des matériaux (CAT.SX) avec du TiO2 réparti de façon homogène à la surface externe de la structure poreuse du CA. Cette microtexture permet un couplage effectif des propriétés d'adsorption et de photodégradation, favorables aux performances de dépollution évaluées à l'échelle de laboratoire sur des solutions de phénol à 100 mg.L-1. En revanche, les composites obtenus par fixation des NPs-TiO2 sur du CA par voie sol-gel (CAT.GX), ou par pyrolyse directe de biomasse pré-imprégnée de NPs-TiO2 (CAT.SBX) présentent des performances de dépollution moins élevées, associées à une faible accessibilité des NPs-TiO2 ainsi que des surfaces spécifiques moins développées. Les cinétiques d'élimination du polluant obtenues après plusieurs cycles successifs d'utilisation des catalyseurs CAT.SX ont été correctement simulées avec un modèle dont le formalisme tient compte de la double fonctionnalité des catalyseurs. Ce modèle permet d'envisager le dimensionnement d'installations solaires en condition réelle d'utilisation de ces nouveaux catalyseurs en zones fortement ensoleillées.

Résumé (autre langue) : The development of composite materials with a dual functionality adsorption/photodegradation towards biorefractory pollutants is a promising issue for solar water treatment. In this work, AC-TiO2 composite materials have been synthesized through three novel routes based on the conversion of typical biomasses, abundantly found in the subsaharian African sunny areas. Biomass pyrolysis derived activated carbon (AC) developed a porous structure which is modified according to the method used to fix TiO2 nanoparticules (TiO2-NPs). AC impregnated with a TiO2-NPs suspension sol provides composite materials (CAT.SX) with regularly deposited TiO2-NPs at the external surface of AC porous texture, resulting to an effective coupling of adsorption/photodegradation properties towards phenol elimination in 100 mg.L-1 polluted water, carried out on lab scale experiments. Composites materials obtained using sol-gel route for TiO2-NPs fixation on AC (CAT.GX), or obtained after direct pyrolysis of TiO2-NPs impregnated biomass (CAT.SBX), exhibited lesser decontamination performances which were associated to poor accessibility of TiO2-NPs together with less developed surface areas. Pollutant elimination kinetics curves depicted after recycling of CAT.SX over several running water treatment was successfully simulated with a mathematical model specifically designed to take into consideration the dual functionalities of the composite materials. The established model is a promising attempt for future dimensioning of real solar water treatment plants, operating in sunny areas with the new composite catalysts.

Mots-clés Agrovoc : traitement d'eau potable, charbon actif, filtration, catalyse, Vitellaria paradoxa, Eucalyptus, capteur solaire, pollution de l'eau

Mots-clés géographiques Agrovoc : Afrique occidentale

Classification Agris : P02 - Pollution
P10 - Ressources en eau et leur gestion
U30 - Méthodes de recherche

Champ stratégique Cirad : Axe 2 (2014-2018) - Valorisation de la biomasse

Auteurs et affiliations

• Telegang Chekem Cédric, CIRAD-PERSYST-UPR BioWooEB (FRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/595153/)

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