Élaboration et caractérisation de nanotubes de C3N4 photocatalytiques

Details

Supervisors

Hermans, Sophie ; Demoustier-Champagne, Sophie

Faculty

Faculté des sciences

Degree label

Master [120] en sciences chimiques, à finalité spécialisée: chimie de l'industrie

Abstract

L’intérêt porté au traitement des eaux usées s’est fortement amplifié étant donné la croissance de l’industrie, ce qui implique des rejets indésirables de grandes quantités de polluants organiques persistants dans les eaux usées, tel que le bleu de méthylène. L’utilisation de photocatalyseurs semi-conducteurs nanostructurés et actifs dans la gamme de la lumière visible pour la dégradation de ceux-ci est une solution prometteuse afin d’exploiter de manière efficace le spectre solaire et de fournir une activité photocatalytique optimale. Le nitrure de carbone graphitique (g-C3N4) est un photocatalyseur de choix, en raison de sa synthèse relativement facile, de sa tendance à se nanostructurer naturellement et de sa bande interdite modérée de 2,7 eV donnant lieu à une absorption dans le domaine du visible contrairement au TiO2 qui absorbe dans le domaine ultra-violet. De plus, le g-C3N4 peut servir de photocatalyseur en tant que tel mais aussi de support pour d’autres nanoparticules photoactives. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail était de synthétiser, de manière contrôlée, des nanotubes photocatalytiques de g-C3N4. Dans un premier temps, la synthèse du g-C3N4 a été réalisée selon 5 méthodes qui, d’après la littérature, devaient conduire à la formation de nanotubes. Celles-ci ont toutes permis la formation de g-C3N4 mais avec plusieurs phases graphitiques et un contrôle de la morphologie qui s’est avéré compliqué. Dès lors, afin de mieux maitriser les paramètres de la nanostructuration, une méthode d’élaboration de g-C3N4 dans les pores de membranes polymères, utilisées comme ‘templates’ a été développée. Celle-ci s’est initialement basée sur une synthèse impliquant un traitement hydrothermal suivi d’une calcination. Ce procédé a ensuite été optimisé pour conduire dans les derniers essais à des produits d’intérêt pour les tests photocatalytiques, et notamment à un composé comprenant des nanotubes de g-C3N4 de dimensions correspondant aux caractéristiques de la membrane utilisée comme ‘template’. Finalement, des tests photocatalytiques de dégradation du bleu de méthylène sous irradiation UV-A et sous irradiation de lumière bleue ont été réalisés avec une sélection de matériaux synthétisés. Le rapport C/N du composé s’est avéré être le facteur influençant le plus l’activité catalytique, le bandgap et la morphologie du catalyseur impactant également les performances. Sous irradiation UV-A, le TiO2 P25, utilisé comme composé de référence, a montré la meilleure activité photocatalytique, suivi par un composé g-C3N4 synthétisé par la méthode de ‘templating’, avec une dégradation du MB de 99% après 6 h d’irradiation. Sous irradiation par lampe bleue (plus intéressant en vue d’une application), le g-C3N4 a montré une meilleure activité photocatalytique que le TiO2, confirmant son intérêt.