Matériaux carbonés multifonctionnels à porosité contrôlée à partir des ressources végétales tropicales : application au traitement de l'eau par photocatalyse

L'utilisation de matériaux composites présentant une double fonction adsorption-photodégradation vis-à-vis des polluants biorécalcitrants est une solution prometteuse pour le traitement de l'eau par voie solaire. Dans ce travail, des matériaux composites charbons actifs – TiO2 (CA-TiO2) sont élaborés suivants trois méthodes simples à partir de biomasses disponibles dans la sous-région de l'Afrique de l'Ouest. Les charbons actifs (CA) obtenus après pyrolyse des biomasses développent une texture poreuse qui se modifie ensuite en fonction de la voie de fixation des nanoparticules de TiO2 (NPs-TiO2) mise en oeuvre pour l'obtention des matériaux composites. Parmi les trois voies étudiées, l'imprégnation du CA avec le sol de NPs-TiO2 préformées conduit à des matériaux (CAT.SX) avec du TiO2 réparti de façon homogène à la surface externe de la structure poreuse du CA. Cette microtexture permet un couplage effectif des propriétés d'adsorption et de photodégradation, favorables aux performances de dépollution évaluées à l'échelle de laboratoire sur des solutions de phénol à 100 mg.L-1. En revanche, les composites obtenus par fixation des NPs-TiO2 sur du CA par voie sol-gel (CAT.GX), ou par pyrolyse directe de biomasse pré-imprégnée de NPs-TiO2 (CAT.SBX) présentent des performances de dépollution moins élevées, associées à une faible accessibilité des NPs-TiO2 ainsi que des surfaces spécifiques moins développées. 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 ensoleillées.