Préparation et caractérisation de nouveaux matériaux pour les réactions de dépollution photocatalytique de l'eau dans le visible PDF Download
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Author: Mehdi Ismail
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Languages : en
Pages : 418
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Book Description
The role of WO3 and Fe2O3 in enhancing the photocatalytic activity of TiO2 deposits has been investigated through the oxidation of salicylic acid using UV and vis-light irradiation. Different procedures of semiconductor loading (wet impregnation/mixing semiconductors in solid form/sol gel) and deposition were undertaken. Also different substrates were tested (ordinary glass, ITO). UV-Vis spectrophotometry (without/with Integrating sphere), X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy and electrochemical characterization were done in order to better understand the behavior and the effective role of loaded semiconductors. Promising results were found for catalysts prepared by wet impregnation and mixing in solid form methods (WO3-loading): the bang gap energy decreased, activity under visible light increased consequently (at 2.5 % molar -WO3) for the first case. 30% improvement under UV (0.5 % -WO3) was reached for the second. Sol gel method enhances coverage on the glass substrate, it seems to be an appropriate method to ensure good contact between semiconductors and reach the charge separation desired effect. Enhanced photocurrent on the ITO substrate confirms the positive role of WO3 in charge separation, in coherence with open circuit potential which was found to be reduced with 4 % WO3 loading. Fe2O3-TiO2 coatings prepared by wet impregnation exhibit higher activity with white lamp comparing to UV lamp (loading from 1 to 2 % Fe2O3), also positive effect of iron introduction was observed with sol gel method. Iron under his ionic form can play positive role in trapping charge, but it can form allotropic phases which can be centers of recombination
Author: Mehdi Ismail
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Pages : 418
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The role of WO3 and Fe2O3 in enhancing the photocatalytic activity of TiO2 deposits has been investigated through the oxidation of salicylic acid using UV and vis-light irradiation. Different procedures of semiconductor loading (wet impregnation/mixing semiconductors in solid form/sol gel) and deposition were undertaken. Also different substrates were tested (ordinary glass, ITO). UV-Vis spectrophotometry (without/with Integrating sphere), X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy and electrochemical characterization were done in order to better understand the behavior and the effective role of loaded semiconductors. Promising results were found for catalysts prepared by wet impregnation and mixing in solid form methods (WO3-loading): the bang gap energy decreased, activity under visible light increased consequently (at 2.5 % molar -WO3) for the first case. 30% improvement under UV (0.5 % -WO3) was reached for the second. Sol gel method enhances coverage on the glass substrate, it seems to be an appropriate method to ensure good contact between semiconductors and reach the charge separation desired effect. Enhanced photocurrent on the ITO substrate confirms the positive role of WO3 in charge separation, in coherence with open circuit potential which was found to be reduced with 4 % WO3 loading. Fe2O3-TiO2 coatings prepared by wet impregnation exhibit higher activity with white lamp comparing to UV lamp (loading from 1 to 2 % Fe2O3), also positive effect of iron introduction was observed with sol gel method. Iron under his ionic form can play positive role in trapping charge, but it can form allotropic phases which can be centers of recombination
Author: Marie-Anne Lavergne
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Languages : fr
Pages : 0
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L'objectif de ce travail est d'améliorer les performances photocatalytiques de deux oxydes mixtes de bismuth, Bi2WO6 et BiOBr, présentant une activité sous lumière visible. Leurs activités photocatalytiques sont en effet majoritairement limitées par un taux de recombinaison des charges photoinduites élevé. Deux stratégies différentes ont été respectivement appliquées pour chaque matériau. La première consiste à former une hétérostructure entre Bi2WO6 et un métal noble, le platine, pour assurer une séparation efficace des charges. La seconde consiste à réduire la taille des particules de BiOBr afin d'augmenter la surface spécifique et de diminuer le parcours moyen des charges jusqu'à la surface du photocatalyseur. Les synthèses ont été réalisées par chimie douce. La répartition et la quantité de platine déposé sur Bi2WO6 a ainsi pu être modulée et des particules de BiOBr sous forme de microfleurs ou de plaquettes de différentes tailles ont été obtenues. La dégradation de la rhodamine B en solution sous irradiation bleue a permis d'évaluer les propriétés photocatalytiques des matériaux. La dégradation de molécules non photosensibles a également été réalisée afin de confirmer l'activité photocatalytique observée. Dans le but d'évaluer la potentialité de Bi2WO6 et BiOBr pour la purification de l'air intérieur, des tests de dégradation photocatalytique de polluants modèles gazeux ont été effectués. L'ensemble de ces tests ont mis en évidence les relations entre les paramètres physico-chimiques des matériaux et leurs performances photocatalytiques et ont souligné les potentialités et les limitations de Bi2WO6 et BiOBr pour la dépollution de l'air et de l'eau.
Author: Mathieu St-Jean (Chimiste)
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Languages : fr
Pages : 69
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La photocatalyse est un procédé d'oxydation avancé très intéressant puisqu'il ne nécessite l'ajout d'aucun réactif chimique. Beaucoup de compagnies souhaitent utiliser ce procédé pour le traitement des gaz et des eaux. Les services Exp inc. est une compagnie qui s'intéresse à la dégradation des composés organiques volatils en milieu aqueux. Ils ont comme objectif d'améliorer leurs technologies et d'en développer de nouvelles comme la photocatalyse. L'objectif ce de projet de maîtrise est de développer un matériau capable d'oxyder le méthanol en phase aqueuse. Le développement d'un tel photocatalyseur permet d'évaluer systématiquement l'impact de toutes les modifications apportées à un matériau de base et d'en comprendre les bénéfices. Le matériau préparé est basé sur des nanotiges de WO3 synthétisées par voie hydrothermale où l'on ajoute des nanoparticules de TiO2 pour former un composé mixte. Un co-catalyseur de réduction, le platine, est ajouté par photodéposition sur le composé TiO2/WO3. Le produit est finalement traité à l'hydrogène pour en augmenter l'activité catalytique. Pour tester les matériaux, un réacteur photocatalytique a été conçu. Le réacteur possède deux configurations, soit une avec une lampe ultraviolette plongée dans l'eau et une avec une bande de diodes électroluminescentes bleues autour du réacteur. Les modifications, telles que le traitement sous hydrogène et l'ajout de platine, augmentent considérablement l'activité des photocatalyseurs. Les nanotiges de WO3 possèdent une faible surface spécifique offrant donc une activité inférieure à un autre composé avec plus de surface. L'activité des photocatalyseurs est plus faible que celles desprocédés utilisant du peroxyde. Cependant, plusieurs avantages sont remarqués. La photocatalyse se fait à pH neutre et il est possible d'utiliser de la lumière visible. Un matériau photocatalytique basé sur des nanoparticules de WO3 à haute surface spécifique avec du TiO2, du platine et traité à l'hydrogène pourrait offrir une avenue intéressante pour Exp inc.
Author: Christophe Cantau
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Languages : fr
Pages : 275
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La qualité de l’air que nous respirons fait désormais partie des préoccupations majeures de notre société. Plus particulièrement, c’est la qualité de l’air intérieur qui inquiète les spécialistes car les polluants y sont plus concentrés et nous passons environ 80% de notre temps dans des lieux clos (maisons, école, bureau, transport, ...). En plus de maîtriser et réduire les émissions à la source, il est essentiel de disposer de procédés de traitement efficaces de cette pollution. Dans ce cadre, ce travail a pour objectif d’évaluer le potentiel et l’efficacité d’un procédé photocatalytique original basé sur des matériaux hybrides activables par une lumière visible. Ces matériaux sont constitués d’un photosensibilisateur aromatique (P.S.A.) (préalablement choisi lors de tests en solution) supporté sur une matrice aérogel de silice (P.S.A. adsorbé ou greffé en surface ou co-condensé dans le volume) et répondent à un cahier des charges bien défini : transparents, poreux, inertes, faciles à mettre en oeuvre. Différents couples P.S.A. / silice ont été étudiés pour la photooxydation à l’interface gaz-solide d’un polluant modèle le diméthylsulfure (DMS) et il a été mis en évidence que ces couples étaient de bons producteurs d’oxygène singulet. Une extension à d’autres polluants plus difficiles à oxyder (disulfure, thiol, toluène) a été réalisée. Une nouvelle molécule photosensibilisatrice (noté DBDCA) a été synthétisée au cours de ce travail et présente un intérêt considérable de part ses propriétés photooxydantes, et sa fonctionnalisation possible. Un brevet a été déposé sur la synthèse de cette molécule. Globalement, l’ensemble des matériaux présente une photoactivité sur le DMS ainsi que sur le disulfure ou le toluène. Parmi les matériaux les plus performants, le matériau basé sur le DBDCA et élaboré par co-condensation (Ormosils) présente le plus d’intérêt car il est activable dans le visible et a la possibilité d’être complètement régénéré.
Author: Loubna Bamoulid
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Languages : fr
Pages : 161
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Dans ce travail de thèse, nous avons développé un nouveau procédé de préparation d'un photocatalyseur supporté avec pour objectif la dépollution de l'eau par photocatalyse. Ce procédé consiste en un dépôt de TiO2 par voie sol-gel sur un substrat en acier inoxydable ferritique pré-fonctionnalisé par la formation d'une couche de conversion traitée thermiquement à 450°C. L'optimisation de la formation de la couche de conversion, nous a permis d'obtenir une couche rugueuse et très poreuse en jouant sur les concentrations de l'alcool propargylique et du thiosulfate de sodium puis sur la durée du traitement de conversion. L'observation au microscope électronique à balayage (MEB) révèle un état de surface uniforme, formé de grains organisés et micro structurés. Sur ce support pré-fonctionnalisé, le dioxyde de titane été déposé par voie sol-gel. Nous avons alors pu mettre en évidence (par MEB) un état de surface uniforme des couches obtenues, constitué d'îlots de matière très homogènes les uns par rapport aux autres, accompagné d'une importante porosité intra-granulaire de TiO2 ce qui conduit à une très grande surface spécifique (58yu0 m2 par m2). Les analyses SIMS ont montré une évolution continue des différents éléments dans le dépôt jusqu'au substrat, témoignant d'une excellente continuité entre le substrat, la couche de conversion et TiO2 ainsi que d'une très bonne adhérence du dépôt de TiO2 dont la forme cristalline est 100% anatase. Nous avons ensuite évalué l'efficacité anticorrosive du dépôt duplex dans l'eau ultra pure, dans une solution NaCl 3%, ainsi que par des tests normalisés industriels : test « kesternish » et test en brouillard salin. Le nouveau photocatalyseur supporté que nous avons mis au point a apporté une totale protection à court et long terme même dans des conditions sévères (NaCl 3%). L'activité photocatalytique (dégradation de l'acide 2,4-dihydroxybenzoïque) du système Acier/Couche de conversion/TiO2, (Acier/CC/TiO2) s'est révélé très efficace. Il faut enfin noter que ce nouveau photocatalyseur est de plus régénérable sans altération de ses qualités photocatalytiques.
Author: Florence Benoît-Marquié
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Languages : fr
Pages : 2
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CE TRAVAIL CONCERNE LE TRAITEMENT DES REJETS AQUEUX CHARGES EN MATIERES ORGANIQUES TOXIQUES AINSI QUE LA PURIFICATION DES EMANATIONS GAZEUSES TOXIQUES ET/OU MALODORANTES. LES METHODES DE DEPOLLUTION CHOISIES POUR LA DEGRADATION DE COMPOSES ORGANIQUES SONT LA PHOTOCATALYSE ET LA PHOTOLYSE DANS L'ULTRAVIOLET DU VIDE (V-UV), EN PHASES AQUEUSE ET GAZEUSE. APRES UNE MISE AU POINT PORTANT SUR LES DIVERSES SOURCES DE POLLUTION DE L'AIR ET DE L'EAU ET DES DIFFERENTES TECHNIQUES DE DEPOLLUTION UTILISEES ACTUELLEMENT (CHAPITRE 1), L'ETUDE DE LA DEGRADATION PHOTOCATALYTIQUE EN PHASE AQUEUSE DE L'ACIDE 2,4-DIHYDROXYBENZOIQUE (ADHB) EST DETAILLEE (CHAPITRE 2). D'UNE PART, CETTE ETUDE PERMET DE DISPOSER D'UNE REACTION DE REFERENCE POUR TESTER LES QUALITES PHOTOCATALYTIQUES DES DIFFERENTS CATALYSEURS SUPPORTES SYNTHETISES AU LABORATOIRE. LA MODELISATION DU PHENOMENE DE DEGRADATION DE L'ADHB EN UTILISANT LA PLANIFICATION D'EXPERIENCE (RESEAUX UNIFORMES DE DOEHLERT) MONTRE QU'UN MODELE DU SECOND DEGRE DECRIT PARFAITEMENT CETTE DEGRADATION. CE MODELE PERMET DE CHOISIR LE PLUS JUDICIEUSEMENT POSSIBLE LES CONDITIONS DE DEGRADATION DE L'ADHB AFIN D'ETUDIER DE NOUVEAUX CATALYSEURS. DE PLUS, L'UTILISATION DE LA MODELISATION PAR LES RESEAUX ARTIFICIELS DE NEURONES, PERMET DE DETERMINER LES VITESSES INITIALES DE LA REACTION ETUDIEE, QU'IL N'EST PAS POSSIBLE D'OBTENIR EXPERIMENTALEMENT. D'AUTRE PART, AU COURS DE L'ETUDE DE CETTE REACTION, UN MECANISME DE DEGRADATION ORIGINAL A ETE MIS EN EVIDENCE : EN EFFET, L'ADHB REAGIT DIRECTEMENT AVEC LES TROUS POSITIFS (H#+) DU PHOTOCATALYSEUR EXCITE ALORS QUE CE GENRE DE COMPOSE REAGIT HABITUELLEMENT AVEC LES RADICAUX HYDROXYLE FORMES A LA SURFACE DU CATALYSEUR. LE DEVELOPPEMENT DE LA PHOTOCATALYSE ETANT LIE A LA MISE AU POINT DE CATALYSEURS PERFORMANTS SUR SUPPORT, DEUX TYPES DE CATALYSEURS A BASE DE TIO#2 SUR SUPPORT ZEOLITHE OU QUARTZ POREUX ONT ETE PREPARES (CHAPITRE 3). L'UTILISATION DU TEST PHOTOCHIMIQUE (REACTION DE DEGRADATION DE L'ADHB) MONTRE QUE CHACUN D'EUX EST EFFICACE POUR LA DEGRADATION DE LA MATIERE ORGANIQUE PAR PHOTOCATALYSE, MAIS LA GRANULOMETRIE DE LA ZEOLITHE NE PERMET PAS UNE UTILISATION AISEE DE CE CATALYSEUR, PARTICULIEREMENT EN PHASE GAZEUSE. PAR CONSEQUENT, SEUL LES PHOTOCATALYSEURS PREPARES A PARTIR DE QUARTZ POREUX SONT UTILISES POUR LA DEGRADATION PHOTOCATALYTIQUE EN PHASE GAZEUSE. POUR LES ETUDES EN PHASE GAZEUSE (CHAPITRE 4), UN MONTAGE PERMETTANT DE CONTROLER LA CONCENTRATION EN POLLUANT DANS L'AIR EST MIS AU POINT. DANS CE BUT, DES CELLULES DE DIFFUSION (CHACUNE ETANT SPECIFIQUE DU POLLUANT ETUDIE) SONT CONSTRUITES AINSI QU'UN REACTEUR PHOTOCHIMIQUE ADAPTE A CE TYPE D'ETUDE. LES CATALYSEURS SELECTIONNES SONT PARTICULIEREMENT EFFICACES, AUSSI BIEN AVEC DES LAMPES UV MOYENNE PRESSION QU'AVEC DES LAMPES A EXCIMERE XECL EMETTANT A 308 NM ET IL EST DONC POSSIBLE DE MINERALISER TOTALEMENT LE 1-BUTANOL ET LA BUTYLAMINE PAR PHOTOCATALYSE EN PHASE GAZEUSE. POUR CES DEUX COMPOSES, DIFFERENTS INTERMEDIAIRES DE DEGRADATION FORMES SONT IDENTIFIES ET LEUR EVOLUTION EST ETUDIE. CECI PERMET DE PROPOSER DANS CHAQUE CAS UN MECANISME REACTIONNEL FAISANT INTERVENIR L'ANION SUPEROXYDE PLUTOT QUE LES RADICAUX HYDROXYLE. LA NON REACTIVITE DU PHENOL DANS CETTE ETUDE CONFIRME L'ABSENCE DE CES RADICAUX HYDROXYLE ABSOLUMENT NECESSAIRES A LA DEGRADATION DE CE COMPOSE PAR PHOTOCATALYSE. PAR AILLEURS, LA PHOTOLYSE DANS L'ULTRAVIOLET DU VIDE (V-UV) PERMET D'OBTENIR D'EXCELLENTS RESULTATS, PUISQUE TOUS LES COMPOSES ETUDIES SONT TOTALEMENT MINERALISES.
Author: Guillard
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Languages : en
Pages : 0
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Author: Robin Degrave
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Languages : fr
Pages : 0
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La photocatalyse est un procédé d'oxydation avancée et son utilisation est répandue dans le traitement de l'eau. Cette thèse traite de la dépollution d'eau au sein d'un réacteur original mettant en oeuvre un textile lumineux photocatalytique. Le textile est composé de fibres optiques parallèles situées sur une face d'un tissu fibreux. L'unité d'un tel système est assurée par des points de liage répartis périodiquement fixant les fibres optiques au tissu. Un traitement de microtexturation des fibres optiques permet la création d'une multitude de trous sur leur surface latérale. Une émission de lumière macroscopiquement homogène est provoquée lors de la connexion des fibres optiques à une lampe UV. Un dépôt de catalyseur, tel que le dioxyde de titane, sur l'intégralité du textile, conjuguée au rayonnement UV induit une activité photocatalytique. Cette thèse consiste à l'étude des phénomènes agissant dans un dispositif intégrant le textile lumineux photocatalytique. Dans ce réacteur plan modèle, le textile est confiné entre deux plaques et un écoulement unidirectionnel parallèle aux fibres optiques est mis en oeuvre. La dépollution d'un fluide par photocatalyse résulte du couplage de plusieurs mécanismes : écoulement, transport et réaction. Des modèles numériques sont ainsi développéssur un volume élémentaire représentatif du textile (appelé RVE) pour simuler la dépollution d'une eau comportant une molécule test, à l'échelle microscopique. Cette géométrie est choisie en tenant compte des caractéristiques structurelles du textile photocatalytique. La première étape est l'analyse de l'hydrodynamique au sein du textile, qui couple des écoulements fluide et en milieu poreux. Une étude expérimentale préliminaire a permis l'acquisition de données nécessaires à une représentation réaliste de l'écoulement en milieu poreux. Dans un second temps, le transport est caractérisé par une étude de la distribution des temps de séjour (DTS) au sein du réacteur. Des simulations successives utilisant des conditions aux limites pseudo-périodiques sont réalisées pour calculer numériquement la DTS. Elles sont validées par des mesures expérimentales de traçage de colorant. Enfin, la dégradation d'une molécule test est analysée expérimentalement et numériquement. L'étude numérique présente des approches macroscopique et microscopique. L'étude à l'échelle macroscopique permet de quantifier globalement les performances du réacteur et de fournir des valeurs de constantes cinétiques nécessaires aux simulations àl'échelle microscopique. Une analyse fine et précise de la dépollution est ainsi réalisée au sein du RVE. Elle montre les atouts et limitations du réacteur modèle en termes d'efficacité de dépollution et d'homogénéité de fonctionnement. Des propositions d'améliorations sont finalement émises, notamment une configuration de réacteur comportant un empilement de textiles photocatalytiques.
Author: Ahmed Belasri
Publisher: Springer Nature
ISBN: 9811554447
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 659
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Book Description
This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
Author: Mariana Amorim Fraga
Publisher: Elsevier
ISBN: 0128215933
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 669
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Book Description
Sustainable Material Solutions for Solar Energy Technologies: Processing Techniques and Applications provides an overview of challenges that must be addressed to efficiently utilize solar energy. The book explores novel materials and device architectures that have been developed to optimize energy conversion efficiencies and minimize environmental impacts. Advances in technologies for harnessing solar energy are extensively discussed, with topics including materials processing, device fabrication, sustainability of materials and manufacturing, and current state-of-the-art. Leading international experts discuss the applications, challenges, and future prospects of research in this increasingly vital field, providing a valuable resource for students and researchers working in this field. - Explores the fundamentals of sustainable materials for solar energy applications, with in-depth discussions of the most promising material solutions for solar energy technologies: photocatalysis, photovoltaic, hydrogen production, harvesting and storage - Discusses the environmental challenges to be overcome and importance of efficient materials utilization for clean energy - Looks at design materials processing and optimization of device fabrication via metrics such as power-to-weight ratio, effectiveness at EOL compared to BOL, and life-cycle analysis
