Activated carbon-TiO2 based bifunctional composite materials prepared from tropical biomasses for applications in solar water treatment
Matériaux carbonés multifonctionnels à porosité contrôlée à partir des ressources végétales tropicales : application au traitement de l'eau par photocatalyse
Résumé
Adsorption/photodegradation dual property of AC-TiO2 composites materials towards biorefractory pollutants is a promising issue for solar water treatment. In this work, AC-TiO2 hybrid materials have been synthesized through 03 novel routes based on the conversion of typical biomasses, abundantly found in the subsaharian African sunny areas. Biomasses pyrolysis derived activated carbon (AC) developed a porous structure which is modified differently according to the method used to fix TiO2 nanoparticules (TiO2-NPs). AC impregnated with a sol containing TiO2-NPs suspension provides the derived composite material (CAT.SX) with TiO2-NPs regularly deposited at the “external surface”, leading to a good coupling of adsorption/photodegradation activities towards phenol elimination in 100 mg.L-1 polluted water, carried out on lab scale experiments. Pore/surface area network is less developed on composites obtained after in situ fixation of TiO2-NPs on TiO2 gel impregnated AC (CAT.GX), or obtained after direct pyrolysis of TiO2-NPs impregnated biomass (CAT.SBX) – which infers lesser decontamination performances for these two latter families of catalysts. Pollutant elimination kinetics curves depicted after recycling of CAT.SX over several running water treatment was simulated with a suitable mathematical model which takes into consideration the dual functionalities of the elaborated material. The established model is a promising attempt for future dimensioning of real solar water treatment plants, operating in sunny areas with the new composite catalysts.
La double fonction absorption-photodégradation des composites CA-TiO2 vis-à-vis des polluants biorécalcitrants est une alternative prometteuse pour le traitement de l’eau par voie solaire. Dans ce travail, des composites CA-TiO2 sont élaborés suivants trois méthodes simples basées sur l’utilisation des biomasses trouvées dans la sous région ensoleillée de l’Afrique subsaharienne. Les charbons actifs (CA) obtenus après pyrolyse des biomasses développent une structure poreuse qui se modifie ensuite en fonction de la voie de fixation des nanoparticules TiO2 (NPs-TiO2) pour l’obtention des composites. Parmi les trois vois de fixation du TiO2, l’imprégnation du CA avec le sol de NPs-TiO2 préformées conduit à des matériaux (CAT.SX) avec du TiO2 déposé de façon homogène à la « surface externe » du CA. Cette microtexture permet un meilleur couplage des propriétés adsorption-photodégradation, favorables aux performances de dépollution évaluées à l’échelle de laboratoire sur des solutions de phénol à 100 mg.L-1. Le réseau pores/surface spécifique est moins développé sur les composites obtenus par fixation in situ des NPs-TiO2 sur du CA imprégné de gel de TiO2 (CAT.GX), ou par pyrolyse directe de biomasse pré-imprégnée de NPs-TiO2 (CAT.SBX) ; ce qui explique les performances de dépollution moins élevées enregistrées pour ces deux dernières familles de catalyseurs. Les cinétiques d’élimination du polluant obtenues après plusieurs cycles successifs d’utilisation des catalyseurs CAT.SX ont été correctement simulées avec un modèle dont le formalisme tient compte de la double fonctionnalité des catalyseurs. Ce modèle permet d’envisager le dimensionnement d’installations solaires en condition réelle d’utilisation de ces nouveaux catalyseurs en zones fortement ensoleillée
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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