Caractérisation et étude des propriétés photocatalytiques de solides à base de TiO2 supporté sur des aluminophosphates microporeux

Abstract

L’objectif de ce travail était de préparer des catalyseurs, les caractériser et les valoriser. Les catalyseurs préparés sont à base de dioxyde de titane supportés sur des tamis moléculaires microporeux de type aluminophosphate. Les supports microporeux étudiés, l’AlPO4-5 et le SAPO4-5, ont été préparés par voie hydrothermale en milieu conventionnel. Le dioxyde de titane est supporté sur ces tamis moléculaire par imprégnation. Les supports préparés ainsi que les catalyseurs ont été caractérisé en employant trois techniques à savoir, la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie électronique à balayage (MEB) et l’adsorption désorption de l’azote à sa température de liquéfaction par la méthode BET. L’étude structurale par DRX a montré que les supports préparés présentent la phase désirée. Néanmoins la présence d’une phase annexe à été détectée pour le SAPO4-5. De plus l’insertion du silicium a mené à une modification des paramètres de maille et la taille des cristallites. Pour les catalyseurs obtenus par imprégnation du TiO2 sur les supports, les diffractogrammes montrent la présence de la phase anatase à faible taux. Les micrographies obtenues par MEB ont montré une modification de la morphologie cristalline de la phase AFI suite à l’insertion du silicium. Elles montrent également la présence de phases amorphes dans l’AlPO4-5 indiquant une cristallisation incomplète de cette structure. L’imprégnation est bien mise en évidence, par MEB, sur le support SAPO4-5 oùnous observons des cristaux bien enrobés de dioxyde de titane contrairement à l’AlPO4-5 où le TiO2 est dispersé au milieu des cristaux. L’étude texturale par adsorption désorption de l’azote a révélé la texture microporeuse des tamis moléculaires préparés et des valeurs intéressantes de la surface spécifique. Cette propriété nous permet de confirmer que ces matériaux peuvent servir de bon support pour le TiO2. Les résultats obtenus par analyse texturale ont montré que le dépôt du dioxyde de titane modifie les propriétés texturales des supports préparés. Une diminution du caractère microporeux de l’AlPO4-5 et une augmentation pour le SAPO4-5 ont été notées. Pour voir l’influence de la quantité du TiO2 sur l’efficacité des catalyseurs supportés, on a préparé des catalyseurs à différents taux d’imprégnation. Les tests catalytiques permettant d’évaluer les propriétés catalytiques des solides préparés sont conduits pour la réaction de photodégradation du carmin d’indigo. Les résultats obtenus nous mènent à conclure ce qui suit :  Les structures AlPO4-5 et SAPO4-5 ne sont pas d’une grande réactivité dans cette réaction.  Une comparaison entre les deux catalyseurs montre que TiO2/SAPO4-5 présente la meilleure activité catalytique.  Le suivi cinétique de la réaction montre que cette dernière présente un mécanisme réactionnel qui se déroule en deux étapes dont la première est plus lente que la deuxième.  Le taux d’imprégnation à une influence sur les propriétés catalytiques des catalyseurs. Les catalyseurs à 50% et 20%TiO2/SAPO4-5 ont donné les meilleurs résultats.  Jusqu’à 50°C, l’activité des catalyseurs augmente en augmentant la température de réaction.  L’estimation de l’énergie d’activation de la réaction en présence de nos catalyseurs montre leur très bonne activité catalytique en particulier pour le catalyseur 50% TiO2/SAPO4-5 (Ea=8,21 kJ/mole). Ce travail est loin d’arriver à son terme. Des caractérisations supplémentaires sont nécessaires pour mieux ressortir les propriétés des catalyseurs préparés.