Soutenance de : Melle Wissam CHETAH Détails

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université du 20 Août 1955 Skikda

 Faculté de Technologie                                                          

Département de Pétrochimie et Génie des Procédés

Thèse présentée en vue de l’obtention du diplôme de

Doctorat

Spécialité : Génie Chimique

Option : Matériaux et Environnement

Par : Melle Wissame CHETTAH

Devant le jury composé de :

Résumé
Notre objectif de recherche consiste à développer de nouveaux catalyseurs
photo-sensibles pour la valorisation d'un semi-conducteur dioxyde de titane anatase
sous irradiation d'une lumière visible comme solution alternative et écologique pour la
dépollution des eaux par procédé photocatalytique. L’objectif principal de notre étude
consiste en une modification d’une nano-poudre commerciale (Millennium-PC500) par
traitement thermique suivie d’une dispersion de nanoparticules de cuivre et zinc afin de
réduire la bande interdite et d’augmenter la capacité photocatalytique. Deux approches
ont été traités dans ce travail : (1) l’intervention d’hétérojonctions en milieu réactionnel
en combinant le TiO2 anatase avec des nanoparticules de cuivre et zinc de type oxydes
et/ou hydroxydes, (2) l’utilisation d’un colorant organique Rhodamine-B comme
sensibilisateur réactionnel. Notre étude est basée sur la synthèse, la caractérisation
physicochimique et la mise en œuvre de nanomatériaux à base de nanoparticules
dispersés sur le support a-TiO2 anatase. Ces matériaux ont été préparés par trois
méthodes : (1) imprégnation classique, (2) émulsion par tensioactif Triton-X100, (3)
émulsion par copolymère Triblock-P123 puis ils ont été traités sous argon et air à
500°C. Les matériaux obtenus sont destinés pour : (i) la dégradation du Bleu de
Méthylène en présence d’une très faible quantité de H2O2 où l’activité optimale
atteignant le pourcentage de 99,3% a été observée avec les deux catalyseurs au cuivre
préparés par les deux méthodes d'émulsion et traités sous argon; ceci indique que ces
catalyseurs au cuivre sont capables de produire des lacunes plus efficaces pour la
capture ou production de radicaux libres dans l’eau et (ii) l’autre réaction vise à utiliser
la Rhodamine-B comme photo-sensibilisateur de la transformation photocatalytique du
méthanol en formaldéhyde ; le catalyseur au cuivre préparé par imprégnation (3%wt.)
présente la meilleure photo-dégradation de RhB avec un rendement de 98%. Il semble
donc que la piste majeure de ce travail conduit à dire que, quelque soit la méthode de
préparation employée (imprégnation ou émulsion), les catalyseurs avec dispersion de
cuivre arrivent à mieux maîtriser le processus de la réaction photocatalytique que ceux
au zinc et cela quelque soit le colorant organique mis en jeu, la raison revient à la nature
de l'element en lui-même.
Mots clés : Photocatalyse de colorants Rhodamine-B et Bleu de Méthylène ; Photooxydation du méthanol ; Lumière visible ; Nanoparticules d’oxyde/hydroxyde de Cu et
Zn ; Photo-sensibilisateur.

Abstract
Our research objective is to develop new photosensitive catalysts for the
valorization of a semiconductor titanium dioxide anatase under irradiation of visible
light as an alternative and ecological solution for the decontamination of water by
photocatalytic process. The main objective of our study consists of a modification of a
commercial nanopowder (Millennium-PC500) by heat treatment followed by a
dispersion of copper and zinc nanoparticles in order to reduce the band gap and increase
the photocatalytic capacity. . Two approaches have been treated in this work: (1) the
intervention of heterojunctions in a reaction medium by combining TiO2 anatase with
copper and zinc nanoparticles of the oxide and / or hydroxide type, (2) the use of a
Rhodamine-B organic dye as a reaction sensitizer. Our study has been based on the
synthesis, physicochemical characterization and implementation of nanomaterials
based on nanoparticles dispersed on the α-TiO2 anatase support. These materials have
been prepared by three methods: (1) conventional impregnation, (2) emulsion by
Triton-X100 surfactant, (3) emulsion by Triblock-P123 copolymer then they have been
treated under argon and air at 500 ° C. The materials obtained are intended for : (i) the
degradation of Methylene Blue in the presence of a very small quantity of H2O2, where
the optimum activity reaching the percentage of 99.3%, was observed with the two
copper catalysts prepared by both emulsified and argon treated methods ; this indicates
that these copper catalysts are able to produce vacancies more efficient for the capture
or production of free radicals in water and (ii) The other reaction aims to use
Rhodamine-B as a photosensitizer of the photocatalytic transformation methanol to
formaldehyde; the copper catalyst prepared by impregnation (3% wt.) exhibits the best
photo-degradation of RhB with a yield of 98%. It therefore seems that the major avenue
of this work leads to say that, whatever the preparation method used (impregnation or
emulsion), catalysts with copper dispersion manage to better control the process of the
photocatalytic reaction than those with zinc and that whatever the organic dye involved,
the reason comes down to the nature of the element itself.
Keywords: Photocatalysis of Rhodamine-B and Methylene Blue dyes; Photooxidation of methanol; Visible light; Cu and Zn oxide / hydroxide nanoparticles;
Photo-sensitizer

ملخص
هدفنا في هذا البحث هو تطوير محفزات جديدة حساسة للضوء لتثمين أشباه الموصلات ثاني أكسيد
التيتانيوم ) (TiO2أناتاز ) (Anataseتحت إشعاع الضوء المرئي كحل بديل وبيئي لتطهير المياه عن طريق عملية
التحفيز الضوئي) . (procédé photocatalytiqueيتمثل الهدف الرئيسي لدراستنا في تعديل المسحوق النانوي
التجاري ( )Millennium-PC500بالمعالجة الحرارية متبو ًعا بتشتت جسيمات النحاس والزنك النانوية من أجل
تقليل فجوة الفرقة ) (bande interditeوزيادة قدرة التحفيز الضوئي) (capacité photocatalytiqueتم معالجة
طريقتين في هذا العمل: ( )1تدخل التلا مسات غير المتجانسة في وسط التفاعل عن طريق الجمع بين أنا تاز TiO2وجسيمات
النحاس والزنك النانوية للأكسيد / الهيدروكسيد، ( )2استخدام صبغة عضوية رودامين-ب )(RhBكمحسس للتفاعل. تعتمد
دراستنا على تركيب، دراسة الخصائص الفيزيو-كيميائية) (caractérisation physicochimiqueومجال تطبيق
المواد النانوية بنا ًء على الجسيمات النانوية المشتتة على دعامة .anatase a-TiO2تم تحضير هذه المواد بثلاث طرق:
( )1تشريب تقليدي، ( )2مستحلب بواسطة Triton-X100خافض للتوتر السطحي، ( )3مستحلب بواسطة -Triblock
P123 copolymerثم معالجتها حراريا تحت تأثير الأرجون والهواء عند 500د جة مئوية. المواد المحصل عليها تم
تطبيقها في: ( )1تحلل الميثيلين الأزرق في وجود كمية صغيرة جدًا من H2O2حيث لوحظ أن النشاط الأمثل يصل إلى
النسبة المئوية ٪99.3مع محفزات النحاس المحضرتين بالطرق المستحلب والمعالجة بالأرجون. ؛ يشير هذا إلى أن محفزات
النحاس هذه قادرة على إنتاج وظائف شاغرة أكثر كفاءة لالتقاط أو إنتاج الجذور الحرة في الماء و ( )2يهدف التفاعل الآخر
إلى استخدام Rhodamine-Bكمحسس ضوئي للتحول الضوئي للميثانول إلى الفورمالديهايد ؛ يُظهر محفز النحاس
المحضر بالتشريب ( ٪3بالوزن) أفضل تدهور ضوئي لـ RhBمع عائد .٪98لذلك يبدو أن السبيل الرئيسي لهذا العمل
يؤدي إلى القول إنه بغض النظر عن طريقة التحضير المستخدمة (ا imprégnationأو ،)émulsionفإن المحفزات
التي تحتوي على تشتت النحاس ) (Cuivreتتحكم بشكل أفضل في عملية التفاعل التحفيزي الضوئي مقارنة بتلك التي
تحتوي على الزنك ) (Zincوأيًا كانت الصبغة العضوية، يعود السبب إلى طبيعة العنصر نفسه.
الكلمات المفتاحية: أصباغ رودامين ب وأزرق الميثيلين؛ التحفيز الضوئي. أكسدة ضوئية للميثانول؛ ضوء مرئي؛
النحاس وأكسيد الزنك / الجسيمات النانوية لهيدروكسيد؛ محسس ضوئي