Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures - ICMN

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Paixan SAMBA

Sujet de thèse  : Elaboration de matériaux carbonés à partir de résidus agricoles lignocellulosiques fonctionnalisés et dopés par des métaux par différentes méthodes pour leur intégration dans des procédés d’oxydation avancée pour le traitement de l’eau.

Encadrants : Benoît CAGNON, Sébastien SCHAEFER

Laboratoire d’accueil : : Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures (ICMN), CNRS /Université d’Orléans - UMR 7374

Spécialité  : Sciences des matériaux

Ecole doctorale : Energie Matériaux Sciences de la Terre et de l’Univers

Mots clés : : matériaux lignocellulosiques, matériaux carbonés, caractérisation, fonctionnalisation, traitements hydrothermaux, traitement de l’eau, procédés d’oxydation avancée.

Résumé :
La présence de micropolluants émergents dans les eaux de surface, les eaux souterraines et les sédiments est actuellement une préoccupation majeure, qui mènera à l’établissement de normes plus strictes pour la qualité des eaux de surface et des eaux usées industrielles, particulièrement dans les pays de l’Union européenne. Le but de ce projet est de développer un procédé hybride d’oxydation avancée (POA) économique et efficace pour le traitement de l’eau et des eaux usées en couplant plusieurs procédés pour la minéralisation de micropolluants organiques émergents. Les principales nouveautés dans ce projet de recherche se situe à deux niveaux :

i) L’élaboration de matériaux carbonés à partir de résidus agricoles par différentes méthodes (pré-traitements hydro/solvothermaux et/ou gélification d’extractibles naturels, suivis de pyrolyses ou d’activations physiques ou chimiques à haute température…) et du dopage de ceux-ci.

ii) L’étude des effets combinés du système péroxone et d’un procédé de type Fenton (nécessitant des métaux tels que le fer) en utilisant un matériau carboné (biochar ou carbone activé) imprégné d’un métal sur la vitesse de dégradation de différents micropolluants organiques (phtalates, produits pharmaceutiques, herbicides, pesticides …).

Ce projet vise donc à établir les effets synergiques des procédés combinés, à identifier les composés intermédiaires et à optimiser les paramètres du procédé en termes de minéralisation, d’élimination de la toxicité et du coût du traitement. Les composites carbonés imprégnés de métaux seront synthétisés, caractérisés et évalués en termes d’efficacité, de stabilité et de faisabilité pour l’élimination des micropolluants.

L’optimisation des propriétés texturales (surfaces spécifiques, distributions de tailles de pores) des matrices carbonées supportant ou contenant les métaux sera effectuée lors de l’étape d’activation à haute température mais aussi lors de l’étape solvo- ou hydrothermale. En effet, cette dernière permet la mise en place de structures microporeuses qui sont propices à l’adsorption et possiblement à la dégradation de certains micropolluants et sous-produits de leur dégradation. Les étapes de dopage permettront d’optimiser à la fois la chimie de surface et, éventuellement, l’état d’oxydation, la distribution en taille et la morphologie des entités métalliques. L’utilisation d’étapes de pré-traitements solvo- ou hydrothermaux a pour avantage de permettre une nano-texturation mais aussi, de manière simultanée un dopage du matériau avant sa pyrolyse ou son activation. La caractérisation fine, par des moyens modernes, de la texture (adsorption de N2, CO2, Ar et utilisation d’un logiciel implémentant la NLDFT), de la chimie de surface (XPS) et de la décoration par des métaux (XPS, DRX, microscopies) fera l’objet d’une attention toute particulière puisque l’efficacité du POA dépend fortement de ces dernières.