Application d’un procédé hybride pour l’élimination des polluants par photocalyse-membrane

Abstract

Ce travail est consacré à l'étude du système ternaire ZnMn2-xCrxO4 (0?x?2) une série de matériaux semi-conducteurs de type p, synthétisés par sol gel et caractérisés par diffraction X, spectroscopie ATR, microscopie électronique et les propriétés de transport. Une étude électrochimique complète a été entreprise pour la construction du diagramme énergétique pour la génération des porteurs de charges et leurs transferts pour les réactions inter faciales dans l'électrolyte, un préambule de la photocatalyse. Le transport de charges s'effectue entre les ions Zn2+ et/ou Mn2+/Mn3+ dans les sites B de la structure spinelle par petits polarons et la mobilité (? ~ 10-5 cm2 V-1 s-1) est thermiquement activée. La solution solide permet d'améliorer les performances du système ZnMn2-xCrxO4 Le paramètre de maille et la bande interdite de ZnCr2O4 sont respectivement 0,832 nm et 1,85 eV. La réflectance de transmission atténuée a confirmé la formation de phase. La conductivité électrique du ZnCr2O4 indique un comportement semi-conducteur avec une énergie d'activation de 43 meV, tandis que la thermo- puissance caractérise le spinelle dopé au trou. Les bandes de valence et de conduction ont respectivement le caractère Cr3 + -t2g Cr3 + -eg. La mesure de la capacité (C-2 - E) dans une solution de Na2SO4 (0,1 M) confirme la conduction de type p avec un potentiel de bande plate de 0,061 VSCE et une densité NA de 2,7 × 1018 cm-3. Le demi-cercle du graphe de Nyquist est attribué au comportement intrinsèque du matériau (7700 k 2 cm2) avec un angle de déplétion de 4°. La deuxième partie de ce travail a été consacrée à l'étude de la photo production d'hydrogène ainsi que la dégradation du colorant organique l'Orange II sous irradiation visible. La meilleure composition obtenue (ZnCr2O4) représente le meilleur compromis entre la génération des porteurs de charges et leurs transferts pour les réactions interfaciales dans l'électrolyte. L'Orange II n'est éliminé ni par adsorption ni par photolyse. Plusieurs paramètres ont été optimisés pour sa photo dégradation qui obéit à une cinétique de premier ordre avec une constante de vitesse de 28 h-1. L'hydrogène est un vecteur énergétique propre et son intérêt ne cesse de croitre à cause de l'absence de 'effet de serre. La production optimale sue le spinelle a atteint 230 µmol g-1 min-1. Lors de l'application, l'orange II (OII) s'oxyde avec succès sur le spinelle sous lumières solaire et artificielle. La bande de conduction est suffisamment cathodique pour générer le radical O2o qui minéralise OII. La meilleure activité est obtenue à un pH ~ 7 sous la lumière solaire (44%) et le processus suit une première demi-vie de 170 cm. La dégradation d'Orange II sous irradiation naturelle en présence de ZnCr2O4 a démontré une minéralisation complète en moins de 550 kJ L-1.