Matériaux photocatalytiques structurés à base de mousses alvéolaires de β-SiC : applications au traitement de l'air

par Romain Masson

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Valérie Keller et de Nicolas Keller.

Le président du jury était Jean-Luc Rehspringer.

Le jury était composé de Charlotte Pham.

Les rapporteurs étaient Thierry Pigot, Joël Patarin.


  • Résumé

    L’objectif principal de ce travail a été d’étudier le potentiel de mousses alvéolaires tridimensionnelles en carbure de silicium de forme béta (β-SiC) comme support de photocatalyseur, dans le but de mettre au point des réacteurs photocatalytiques structurés pour le traitement de l’air. Ces mousses alvéolaires de β-SiC de surface spécifique moyenne et de porosité très ouverte sont obtenues par la synthèse dite à mémoire de forme (Shape Memory Synthesis), consistant en la carburation contrôlée d’une mousse alvéolaire de polyuréthane préformée. Une étude de la dégradation de trois polluants sur des films minces en mode de lit léchant (la méthyléthylcétone, l’ammoniac et le sulfure d’hydrogène) a tout d’abord permis de sélectionner trois photocatalyseurs d’intérêt parmi six références commerciales avant d’être immobilisés sur les mousses de β-SiC. Après une étape d’optimisation en termes de taille d’alvéoles, de nature et quantité de photocatalyseur, le média photocatalytique TiO2/mousses de β-SiC a été caractérisé et ses performances comparées en mode mono-passage ainsi qu’en mode de recirculation du flux dans une enceinte de 2 m3, à celles d’un film mince de TiO2 et d’un média photocatalytique commercial de référence. Le média photocatalytique TiO2/mousses de β-SiC présente des performances nettement améliorées par rapport à celles du média référent. Les mousses jouent un rôle de mélangeur statique et permettent une meilleure utilisation du volume du réacteur, en augmentation la densité de photocatalyseur par unité de volume tout en maintenant une illumination du cœur du réacteur acceptable ainsi que des pertes de charge très limitées.

  • Titre traduit

    Photocatalytic structured materials based on β silicon carbide foams for air treatment applications


  • Résumé

    The main objective of this work was to study the potential of three-dimension beta silicon carbide (β-SiC) alveolar foams for use as photocatalyst support, targeting the implementation of structured photocatalytic reactors for air treatment. Medium surface area β-SiC alveolar foams were synthesized according to the Shape Memory Synthesis concept, consisting in the controlled carburization of a preshaped polyurethane foam. First, the degradation of three model pollutants (methylethylketone, ammonia and hydrogen sulfide) was performed over TiO2 thin layers in a flow-through reactor for selecting three photocatalysts of interest – Hombikat UV100, PC500 and P25 TiO2 – among six commercial standards. The powderly photocatalysts were further immobilized onto β-SiC foams. After an optimization step in terms of mean cell size, light transmission, photocatalyst nature and weight content as well as of the immobilization method, the TiO2/β-SiC foam photocatalytic media was characterized and its photocatalytic behaviour was compared in a single-pass mode as well as in a recirulation mode inside a 2 m3 chamber, to those obtained on a TiO2 thin layer and with a well-known commercial photocatalytic felt media made from quartz fibers supporting sol-gel TiO2. The photocatalytic media elaborated with β-SiC alveolar foams exhibited superior performances compared to that of the commercial felt standard. The foams acted as static mixing within the reactor and allowed a more efficient use of the reactor volume, by increasing the photocatalyst density per reactor volume unit, while maintaining however a suitable illumination within the reactor core as well as very low pressure drops.


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