Elaboration des matériaux composites nanostructurés Ag, Au/TiO² pour la dépollution des effluents gazeux avec une activation par plasma

par Zixian Jia

Thèse de doctorat en Genies des procédés

Sous la direction de Andrei Kanaev et de Xavier Duten.

Soutenue le 10-12-2013

à Paris 13 , dans le cadre de École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis) .

Le président du jury était Khaled Hassouni.

Le jury était composé de Rabah Azouani, Mounir Ben Amar.

Les rapporteurs étaient Erik Gydesen Søgaard, Stéphanie Ognier.


  • Résumé

    Au cours de ce travail de thèse, nous avons développé un procédé plasma-catalyse d'élimination de l'acétaldéhyde en utilisant un processus diphasique couplant un catalyseur nano-structuré et a plasma à la pression atmosphérique. L’élaboration du catalyseur nanostructuré a été d'abord étudiée. Puis la performance de dégradation du polluant a été étudiée. Les nanoparticules monodispersées (titane-oxo-alcoxy) sont générées dans le réacteur de sol-gel avec micro-mélange turbulent et déposés sur des plaques de verre ou des billes de verre comme monocouches nanostructurées. Le dépôt de l'argent et de l'or est réalisé par la réduction des ions sous l’irradiation de UV-A. La cinétique de croissance photocatalytiques et de la morphologie des nanoparticules sont étudiés expérimentalement par les méthodes MET, MEB et AFM. Il est également intéressant de discuter du mécanisme de la formation des nanoparticules et d'évaluer son efficacité quantique. Les conclusions expérimentales sont supportées théoriquement par le calcul des spectres d'absorption. Ensuite l'efficacité du processus de couplage d'une décharge à barrière diélectrique et d’un lit fluidisé d'argent et d’or nanostructurés, pour la dégradation d'un polluant modèle (acétaldéhyde CH₃CHO), est étudiée. Dans la première partie, l'efficacité du procédé plasma seul est discutée, en termes de dégradation des polluants et de production de CO et CO₂. Dans la deuxième partie, la dégradation de CH₃CHO ainsi que la production COx sont étudié en fonction du temps de réduction photocatalytique d’Ag+ et d’Au³⁺ ions, qui est liée à la masse d'argent et d’or déposée. Les voies de dégradation des polluants, notamment la chimie homogène dans la phase de plasma et la chimie hétérogène sur la surface, sont discutées. Enfin, la production des sous-produits principaux est présentées et comparées entre les catalyseurs Ag et Au.

  • Titre traduit

    Elaboration of nanostructured composite materials Ag, Au/TiO² for waste gas treatment in a diphasic process coupling an atmospheric pressure plasma and a catalytic fluidized bed


  • Résumé

    During this Phd work, we have developed a plasma-catalytic process of acetaldehyde removal using a diphasic process coupling a nano-structured catalyst and an atmospheric pressure plasma. The elaboration of the nanoparticulate catalyst has been firstly studied. Then its performance coupling with plasma has been investigated. The monodispersed titanium-oxo-alkoxy nanoparticles are generated in the sol-gel reactor with turbulent micromixing and deposited onto glass plates or glass balls as monolayer nanocoatings. The silver and gold deposition is achieved by the ions reduction at UV-A light illumination. The photocatalytic growth kinetics and nanoparticle morphology are studied experimentally by the TEM, SEM and AFM methods. It’s also interesting to discuss the mechanism of the nanoparticles formation and evaluate its quantum efficiency. The drawn conclusions are supported theoretically through the calculation of the absorption spectra. Then the efficiency of the process coupling a dielectric barrier discharge and a fluidized nanostructured silver and gold based bed for the degradation of a model pollutant (acetaldehyde CH₃ CHO) is studied. In the first part, the efficiency of the plasma alone process is discussed, in terms of pollutant removal and CO and CO₂ production. In the second part, CH₃ CHO removal as well as COx production is studied as a function of the photocatalytic reduction time of Ag⁺ and Au³⁺ ions, which is related to the deposited silver and gold mass. The pollutant removal pathways, including homogeneous chemistry in the plasma phase and heterogeneous chemistry on the surface, are discussed. Finally, the production of main by-products is presented and compared between Ag and Au catalysts.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (126p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 114-126

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  • Bibliothèque : Université Paris 13 (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis). Bibliothèque universitaire.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TH 2013 081
  • Bibliothèque : Université Paris 13 (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis). Bibliothèque universitaire.
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