Membranes céramiques à base de nanocomposites polymères (photo)catalytiques: vers des procédés hybrides basés sur le tandem séparation/photodégradation pour le traitement de résidus réfractaires

Ceramic membranes based on (catalytic) polymeric nanocomposites: towards hybrid processes based on the tandem separation / photodegradation for the treatment of refractory residues

• Auteur / Autrice : Maryem Orfi
• Direction : Benjamin Carbonnier, Samia Mahouche-chergui
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2018
• Etablissement(s) : Paris 12 en cotutelle avec Université de Sfax
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICMPE - Institut de Chimie et des Matériaux Paris Est
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Systèmes Polymères Complexes

Mots clés

Mots clés libres

Nanocomposites

Membrane

Résidus réfractaires

Séparation

Procédé hybride

Photodegradation

Nanocomposites

Ceramic membrane

Résumé

Au cours des dernières années, la technologie membranaire a fait l’objet de nombreux travaux dans les milieux de la recherche académique et industrielle, notamment dans les industries chimiques et pétrochimiques. Les membranes sont apparues comme un moyen fiable et performant de purification de l'eau dans les années 1960 avec le développement, notamment, de membranes synthétiques de haute performance. La mise en œuvre de membranes pour le traitement de l’eau a connu un réel essor avec les progrès réalisés en science des matériaux et l’apparition de nouvelles membranes fabriquées à partir de nouveaux matériaux et utilisées dans différentes configurations et géométries. Les techniques membranaires offrent de nos jours le plus grand potentiel industriel pour le traitement et la séparation des fluides de par leur mode de fonctionnement sans ajout de produits chimiques et en continu, leur faible consommation d'énergie, leurs faibles poids et volume et la grande polyvalence des processus de séparation (micro-, nano, ulta-filtration…). Avec l’augmentation des coûts liés à l'énergie, les technologies membranaires sont susceptibles de jouer un rôle de plus en plus important dans les prochaines années notamment dans le but de réduire l'impact environnemental et les coûts des procédés industriels. L’élargissement à de nouvelles applications et/ou l’amélioration des procédés existants passent par deux voies : (i) La fabrication de nouveaux matériaux membranaires plus performants à partir de ressources naturelles renouvelables, (ii) L’optimisation de l’utilisation de ces membranes et l’amélioration de leur propriétés par leur couplage avec d’autres procédés de traitements de polluants organiques telles que l’oxydation Fenton, la réduction catalytiques, la dégradation photocatalytique… De ce fait, nos principales préoccupations dans ce projet seront de développer une nouvelle génération de matériaux membranaires multifonctionnels dominés par des propriétés interfaciales en relation étroite avec les domaines de la synthèse macromoléculaire, la chimie et la physico-chimie des surfaces et les procédés de séparation. L’originalité principale de ce projet réside dans le couplage de la (photo)catalyse hétérogène via des nanocomposites polymères avec la séparation membranaire UF. L’apport des matériaux polymères sera particulièrement important pour l’immobilisation de nanocatalyseurs métalliques qui apporteront une dualité de fonctions aux membranes nouvellement développées. En effet, l’objectif final étant de combiner une fonction de séparation, en fonction de la taille pour l’élimination de particules et/ou contaminants macromoléculaires, avec une fonction de photodégradation pour le traitement de composés toxiques de plus faible masse molaire.

In recent years, membrane technology has been the subject of much work in the academic and industrial research community, particularly in the chemical and petrochemical industries. Membranes have emerged as a reliable and powerful means of water purification in the 1960s with the development of, among other things, high performance synthetic membranes. The implementation of membranes for the treatment of water has experienced a real boom with advances in materials science and the appearance of new membranes made from new materials and used in different configurations and geometries. Membrane technologies today offer the greatest industrial potential for the treatment and separation of fluids by their operating mode without the addition of chemicals and continuously, their low energy consumption, their low weight and volume and the great versatility of separation processes (micro-, nano, ulta-filtration ...). With the increase in energy costs, membrane technologies are likely to play an increasingly important role in the coming years, particularly with the aim of reducing the environmental impact and costs of industrial processes. Enlargement to new applications and / or improvement of existing processes goes through two ways: (i) The production of new and improved membrane materials from renewable natural resources, (ii) The optimization of the use of these membranes and the improvement of their properties by their coupling with other processes for treating organic pollutants such as Fenton oxidation, catalytic reduction, photocatalytic degradation, etc. As a result, our main concerns in this project will be to develop a new generation of multifunctional membrane materials dominated by interfacial properties in close relationship with the fields of macromolecular synthesis, surface chemistry and physico-chemistry and separation processes. . The main originality of this project lies in the coupling of heterogeneous (photo) catalysis via polymeric nanocomposites with UF membrane separation. The contribution of polymeric materials will be particularly important for the immobilization of metal nanocatalysts which will bring a duality of functions to the newly developed membranes. Indeed, the ultimate goal is to combine a function of separation, depending on the size for the removal of particles and / or macromolecular contaminants, with a photodegradation function for the treatment of toxic compounds of lower molecular weight.