Elaboration et caractérisation de nanofibres obtenues par l'électrofilage de mélanges polymère/nano-objet

par Hanen Talmoudi

Thèse de doctorat en Chimie

Soutenue le 26-02-2018

à Mulhouse en cotutelle avec Faculté des sciences, université de Monastir, Tunisie , dans le cadre de École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....) , en partenariat avec Laboratoire de physique et mécanique textiles (Mulhouse) (laboratoire) et de Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles / LPMT (laboratoire) .

Le jury était composé de Laurence Schacher, Dominique Adolphe, Nabyl Khenoussi.


  • Résumé

    Au cours de la dernière décennie, une nouvelle classe de composés de coordination, à base de métaux et de ligands organiques de pontage, connus sous le nom de «Metal Organiques Frameworks (MOFs)» a été largement étudiée. Ces composés ont été popularisés par Yaghi et ses collaborateurs en 1995 et ont attiré l'attention considérablement en raison de leur structure hautement modulable, leur large gamme de tailles de pores avec une grande surface et leurs fonctionnalités facilement adaptables. Ces matériaux offrent un grand potentiel pour diverses applications, en particulier dans le domaine de la catalyse, du stockage et de séparation des gaz.Malgré leurs applications diverses, en particulier dans la séparation de gaz, il y a très peu de rapports concernant la croissance des MOFs sous forme des films minces ou de membranes synthétiques. Dans ce travail, nous décrivons l'utilisation de l'électrofilage pour construire des structures hiérarchiques et des membranes autosupportées de MOF. En fait, l'électrofilage est une technique simple et polyvalente pour produire des libres continues avec des diamètres moyens allant de quelques nanomètres à quelques micromètres.Deux stratégies, basées sur l'utilisation des nanofibres de différents polymères, ont été adoptées : pour produire des membranes auto­ supportées, différents composites polymère/MOF ont été d'abord électrofilés, puis les nanofibres obtenues ont été exposées à des différentes solutions contenant un mélange cation/linker. En conséquence, après la croissance des MOFs, des membranes auto­supportées ont été obtenues avec les nanofibres servant de matrice.D'autre part, pour construire des structures hiérarchiques, des mélanges polymère/cation ont été électrofilés et les nanofibres obtenues ont été immergées dans des solutions de linkers pour la croissance de différents MOFs sur les fibres. Les méthodes décrites ont été testées avec succès en utilisant deux polymères différents (PVA, PAN) et quelques MOFs (MOF-5, HKUST-1, ZIF-8). En effet, ces structures font partie des structures les plus représentatives de celle classe de composés hybrides. Enfin, les différents matériaux obtenus ont été caractérisés par la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, la diffraction des rayons X sur poudre et l'analyse thermogravimétrique

  • Titre traduit

    Elaboration and characterization of nanofibers obtained by electrospinning polymer/nano-object mixtures


  • Résumé

    Ln the last decade, a novel class of coordination compounds comprising metal-based nodes and bridging organic linkers known as «Metal Organic Frameworks (MOFs) » has been extensively studied. These compounds were popularized by Yaghi et al. around 1995 and have attracted enormous attention due to their highly designable structure, their wide range of pore sizes with a large surface area and their easily tailorable functionalities. These materials offer a great potential for various applications especially in the field of catalysis, gas storage and gas separation. Despite the huge potential especially in the gas separation, there are few reports about the growth of MOFs as thin films or synthetic membranes.In this work, we describe the use of electrospinning for building hierarchical structures and auto-supported membranes of MOFs. ln fact, the electrospinning is a simple and versatile technique to produce continuous fibers with average diameters in the range of nanometers to a few micrometers.Two strategies were adopted: for producing auto-supported membranes, different polymer/MOF composites were firstly electrospun, then, the obtained nanofibers were exposed to solutions containing different cation/linker mixtures. Accordingly, after the MOFs' growth, auto-supported membranes were obtained with the nanofibers serving as backbone. ln another hand, for building hierarchical structures, polymer/cation mixtures were electrospun and the obtained nanofibers were immersed in linkers' solutions for growing different MOFs on the fibers. The described methods were successfully tested using 1\\0 polymers (PVA,P/\N) and different metal organic frameworks (MOF-5. I IKUST- 1 and ZIF-8). Indeed, these MOFs are among the most representative metal organic frameworks. Finally, the different obtained materials were characterized using scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy, powder X-ray diffraction and thermogravimetric analysis.


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