Matériaux innovants pour la capture et la détection des COVs et de l'humidité dans l'air intérieur

Innovative materials for the capture and detection of VOCs and humidity in indoor air

• Auteur / Autrice : Patrick Pires conti
• Direction : Sabine Devautour, Guillaume Maurin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie Séparative, Matériaux et Procédés
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICGM - Institut Charles Gerhardt de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : D3 - Matériaux Poreux et Hybrides
• Jury : Président / Présidente : Ania Conchi o.
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sabine Devautour, Stéphanie ROUALDèS, Georges Mouchaham, Guillaume Maurin, Jean Daou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ania Conchi o., Jean Daou

Mots clés

Mots clés libres

Qualité de l’air intérieur

Capture de contaminants

Détection

Terpènes

Humidité

Matériaux hybrides poreux MOFs

Indoor air quality

Monitoring

Contaminant capture

Sensor

Terpenes

Humidity

Résumé

Alors que nous passons une grande partie de notre vie dans les espaces clos, la qualité de l'air intérieur (QAI) est devenue une préoccupation majeure de santé publique. En effet, de nombreux troubles de santé surgissent suite à une exposition aux polluants de l'air intérieur mais aussi à des niveaux d'humidité insatisfaisants. Pour maintenir une bonne QAI, les processus basés sur la physisorption apparaissent comme une solution viable. Ils peuvent être utilisés soit pour capter les polluants volatils soit pour détecter des molécules indésirables. L'objectif de cette thèse a été d'évaluer l'efficacité d’une série de matériaux poreux hybrides de type MOFs pour la capture et la détection de traces de a-pinène, un contaminant de l'air intérieur représentatif de la famille des terpènes, ainsi que pour la surveillance du taux d'humidité dans l'air intérieur. La sélection des meilleurs candidats a été réalisée en évaluant et en comparant divers indicateurs liés au processus de sorption, tels que de l'affinité entre le MOF et le polluant, les quantités adsorbées à faible concentration, la régénération du matériau, la réversibilité et la cinétique du processus de sorption. Le MIL-125(Ti)-NH2 s'est avéré très intéressant pour la capture de traces de a-pinène, tandis que le DUT-4(Al), MIL-100(Fe) et MIL-101(Cr) ont été incorporés à des capteurs piezoélectriques (Quartz Cristal Microbalance - QCM) ou électriques (Interdigitated Electrodes -IDE), et ont montré de bonnes performances pour la détection de a-pinène à l'état de traces ou de l'humidité dans l'air intérieur.

Indoor air quality (IAQ) is a key concern in modern society, since significant portion of our lives is spent within enclosed spaces. Many health issues are linked to exposure to indoor air pollutants as well as unsatisfactory humidity levels. One promising solution to enhance IAQ involves the development of physisorption-based processes either to capture airborne pollutants or to detect specific harmful molecules. The objective of this PhD dissertation was to evaluate the effectiveness of a series of Metal-Organic Framework (MOF) adsorbents for the capture and the detection of a-pinene traces, an indoor air contaminant representative of terpenes family, as well as for the monitoring of humidity in indoor air. The selection of the best candidates was achieved by evaluating and comparing specific sorption indicators, including the host/guest affinity, the uptake at low concentration, the material regenerability, the reversibility and the kinetics of the sorption process. MIL-125(Ti)-NH2 was demonstrated as very attractive for the capture of a-pinene traces, while DUT-4(Al), MIL-100(Fe), and MIL-101(Cr) were further incorporated in mass sensitive (Quartz Cristal Microbalance - QCM) or electrical sensors (Interdigitated Electrodes - IDE), and showed good performances for detecting a-pinene at trace level or humidity in indoor air.