Étude de l’élimination d’un colorant en présence de catalyseurs à base de TiO2 supporté sur un silico-aluminophosphate microporeux

Abstract

Le but de ce travail était de préparer des catalyseurs à base de dioxyde de titane (TiO2) supporté sur un tamis moléculaire microporeux de type silicoaluminophosphate (SAPO4-5), les caractériser et les valoriser. Le support préparé SAPO4-5 a été imprégné par le dioxyde de titane avec des différentes taux d’imprégnation 20, 30, 40, 50%. La caractérisation de ces catalyseurs préparés c’est faite par différentes techniques à savoir, la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie électronique à balayage (MEB), l’adsorption désorption de l’azote et la spectroscopie UV-visible en réflexion diffuse (DRS). L’étude structurale par DRX a montré que les photocatalyseurs préparés présentes deux phases bien distinctes, l’une correspond au support qui est le SAPO4-5 (AFI) et la deuxième est la phase anatase du dioxyde de titane TiO2. Ces phases présentent une bonne cristallinité et l’imprégnation a un effet sur la position des pics des deux phases traduisant une légère modification des paramètres de maille. La microscopie électronique à balayage nous a permis de vérifier la bonne cristallinité du SAPO4-5 qui paraît hétérogène et montre que lors du processus de cristallisation, la germination l’emporte sur la croissance. Le dépôt du TiO2, enveloppant le support, est bien vérifié par cette technique et ne présente aucune influence sur la morphologie du support (SAPO4-5) L’analyse texturale des matériaux préparés par l’étude de l’adsorption-désorption de l’azote nous à permis de vérifier la texture microporeuse du support et l’imprégnation du TiO2 mène à l’augmentation de la surface externe et une diminution de la surface spécifique. L’étude spectroscopique par réflexion diffuse dans le domaine de l’UV-Visible nous a permis de vérifier les propriétés sumiconductrices des catalyseurs. Deux absorptions sont obtenues, l’une dans l’ultraviolet correspondant à des transferts de charges (entre ligands et cations) et la deuxième, dans le domaine du visible, due aux transitionx intra-atomique de type d-d. Différentes méthodes graphiques ont été employées pour la détermination du seuil d’absorption (gap optique) donnant différentes valeurs dont la plupart montre un seuil d’absorption dans le domaine de l’ultraviolet. Les catalyseurs préparés (TiO2/SAPO4-5) ont été valorisés dans la réaction de photodégradation du carmin d’indigo. Les testes catalytiques ont montré que l’activité

catalytique dépend du taux d’imprégnation et que le TiO2-40%/SAPO4-5 présente la meilleure activité. Par ailleurs, l’étude de l’effet de la température sur la réaction à montré que cette dernière est endothermique et un tracé d’Arrhenius a donné une valeur de 22,77 kJ /mol. La conduction de la réaction à différentes concentrations initiales du colorant nous a permis d’appliquer le modèle cinétique de Langmuir-Hinshelwood et conclure que deux processus interviennent lors de la réaction et consistent en une adsorption sur le catalyseur puis dégradation activée par ce même catalyseur grâce à ces propriétés semiconductrices. Ce travail est loin d’arriver à sa fin. En effet, d’autres études doivent être faites pour le compléter. Une synthèse de l’oxyde de titane à partir de l’isopropylates de titane nous permettrait d’enrichir le travail avec une étude comparative entre nos solides et le dioxyde de titane. Par ailleurs, une étude de la régénération des catalyseurs pourrait les valoriser davantage. L’étude des propriétés optiques des solides n’est qu’à ces débuts. En effet, des caractérisations supplémentaires complétées par des calculs théoriques sont nécessaires.