Étude de matériaux et textiles à base de dioxyde de titane pour la dégradation photocatalytique d’agents chimiques

par Mathieu Grandcolas

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux et photocatalyse

Sous la direction de Valérie Keller.

Soutenue en 2009

à Strasbourg .


  • Résumé

    Nous cherchons ici, dans un premier temps, à optimiser les propriétés photocatalytiques de TiO2 pour la dégradation d’agents chimiques de guerre ou leurs simulants pour des longueurs d’onde appartenant au spectre du visible, permettant ainsi d’utiliser une grande partie du spectre solaire. Deux principales approches ont ainsi été développées: (i) une méthode de synthèse sol-gel de TiO2 de phases cristallographiques mixtes anatase/rutile (ii) L’utilisation de nanotubes de titanates couplés à un autre semi-conducteur, le WO3. L'activité photocatalytique de ces nanomatériaux unidimensionnels sous illumination solaire artificielle vis-à-vis de la dégradation sous flux du sulfure de diéthyle (simulant de l’ypérite) a montré une meilleure activité. Ces résultats sont le fruit d'une corrélation intime entre une grande surface spécifique, une absorption dans la partie visible du spectre solaire, une acidité de surface favorable et une limitation de la recombinaison des charges photogénérées. Par la suite, une dernière partie de cette étude visait le dépôt homogène des nanomatériaux sur des fibres textiles. Différentes techniques "classiques" ont été utilisés tel que le trempage dans une solution colloïdale ou encore le dépôt par spray à l'aide d'un pulvérisateur haute pression. Une étude plus innovante a été menée en utilisant une technique dite de multicouches utilisant l'alternance d'absorption d'un électrolyte cationique (polyéthylèneimine, PEI+) et de nanotubes de titanate / 4% WO3. Ces textiles ont ensuite été testés pour la dégradation de microgouttellettes de diméthyle méthylphosphonate (simulant des organophosphonates) sous illumination solaire. L'ajout de ce photocatalyseur a permis d'augmenter d'un facteur trois à quatre l'activité de dégradation totale de l'agent chimique en contact avec le textile fonctionnalisé. Nous avons ainsi pu obtenir une dégradation complète de l'agent toxique en quelques minutes (entre 7 et 10min), éliminant ainsi toute la toxicité présente sur le textile.

  • Titre traduit

    Study of materials and textile based on titanium dioxide for the photocatalytic degradation of chemical warfare agents


  • Résumé

    We report on the photocatalytic degradation of chemical warfare (CW) agents and simulants using different types of template-assisted TiO2 rutile-based nanomaterials and nanoscale tubular titanate-based structures. Decontamination of paints, fabrics or textiles contaminated by chemical warfare agents is of great importance for application in the civil, military as well as counterterrorism fields, and therefore the search for self-decontaminating paints and textiles if of high interest. DMMP (dimethylmethylphosphonate), DES (diethylsulfur), and yperite were used as chemical simulants and real chemical agents, respectively. Different methods for covering and anchoring photocatalytic nanomaterials on textiles or paints substrates were discussed and compared, such as spraying, dip-coating and the Layer-by-Layer method, from a material aspect with bulk and surface characterization techniques as well as from a kinetic and reactivity point of view. Efficient UVA- and solar light-activated chemical warfare degradation have been obtained on paints and textiles covered by photocatalytic nanoparticles. Results on chemical simulants and real chemical warfare agents are compared, and some kinetics of chemical degradation detailed, allowing paints and textiles to exhibit global self-decontaminating properties.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (249 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Danièle Huet-Weiller.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2009;
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