Dissertations / Theses on the topic 'Photocatalysys'
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He, Jijiang. "Preparation and photocatalysis of graphite carbon nitride based photocatalysts." Thesis, Curtin University, 2015. http://hdl.handle.net/20.500.11937/521.
Full textAbstract:
The connection between ritual and the interior is interrogated through a theoretical framework integrating Van Gennep’s Rites of Passage Theory and Turner’s Theory of Liminality. A multi-faceted methodological framework is developed from the interrogation of the disciplinary edges of multiple methodologies, addressing the experiential, cultural and subjective dimensions of ritual. This new way of exploring the interior demonstrates how knowledge can be acquired from the body’s immersion in unfolding ritual situations, revealing elements of ritual and interior in relation to one another and the generation of new theories on the interior.
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Iervolino, Giuseppina. "Advanced oxidation processes for food industry wastewater valorization and treatment." Doctoral thesis, Universita degli studi di Salerno, 2017. http://hdl.handle.net/10556/2616.
Full textAbstract:
2015 - 2016The research of new eco-friendly technologies that enable the production of energy is nowadays one of the topics of greatest interest to the scientific community. The population has chosen to break free from the use of fossil fuels, and this leads to the study and development of processes for the production of clean energy starting from biomass. However, at the same time, the concern of the industry is also the disposal and treatment of wastewater. Starting from these considerations, it is advisable to develop processes that, under mild conditions, allow to obtain interesting hydrogen or methane yields. This objective could be achieved through the use advanced oxidation processes (AOPs), such as heterogeneous photocatalysis, photo-Fenton like reaction and photoelectrocatalysis. So, an interesting approach is to explore, in parallel to wastewater treatment, the possibility to produce also an energy source such as hydrogen and/or methane from the degradation of organic substance present in wastewater by AOPs. Considering the characteristic of food industries wastewaters, it is interesting to evaluate the performances of advanced oxidation processes for their treatment aimed to the valorization, through the conversion of specific substances (sugars), in order to obtain compounds with high energetic value, but also for removing substances hardly biodegradable (such as food dyes) that could be present in these industry wastewaters. In this PhD thesis it has been studied the performances of the photocatalytic process for the hydrogen production from food industries wastewaters. In particular, starting from synthetic solution containing glucose, it was evaluated the effect of the presence of noble metals on the semiconductor surface and the effect of the photoactive support (TiO2). Subsequently, providing for the application of heterogeneous photocatalysis to industrial level, the study has been directed to the formulation of a noble metal free photocatalyst with good performances in the production of hydrogen and in the degradation of the sugars present in the solutions. The final formulation was represented by LaFeO3 (a perovskite with semiconducting properties) prepared by combustion flame method. To improve the performances under visible light, LaFeO3 was modified with Ru (Ru-LaFeO3), whose cost is much lower than those of Pd, Pt or Au. Always perspective of the application of the process to industrial level, it was developed a structured photocatalyst for solving the problems related to the photocatalyst separation after the treatment. In particular it was studied the efficiency of magnetic Fe2O3 as support for Ru-LaFeO3. It was also investigated the photoelectrocatalytic process for the hydrogen production, considering the general aspects of the process, the advantages and in particular the attention has been focused on the electrodeposition process for the synthesis of Fe2O3 based photoanodes. Finally, the aim has been the application of the photocatalytic process on a real wastewater coming from the washing process of the fruit (especially cherries). It was not underestimated the presence of food dyes in these types of wastewater. For this reason it was evaluated the efficiency of photo-Fenton process in the removal of several food dyes (such as Red Allura and Tartrazine) using LaFeO3 deposited on corundum monoliths. In addition, it has been evaluated the possibility to couple the photocatalytic process (used for the valorization of the wastewater through the production of hydrogen) to the optimized photo-Fenton system to completely remove the not-biodegradable substances still present in the wastewaters recovered after the photocatalytic treatment using Ru-LaFeO3 supported on magnetic Fe2O3 particles. [edited by author]
XV n.s
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Hathway, Timothy Lee. "Titanium dioxide photocatalysis studies of the degradation of organic molecules and characterization of photocatalysts using mechanistic organic chemistry /." [Ames, Iowa : Iowa State University], 2009. http://gateway.proquest.com/openurl?url_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info:ofi/fmt:kev:mtx:dissertation&res_dat=xri:pqdiss&rft_dat=xri:pqdiss:3369929.
Full text
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Ran, Rong. "Preparation and Optimization of Novel Visible-Light-Active Photocatalysts for Waste-Water Treatment." Thesis, Université d'Ottawa / University of Ottawa, 2016. http://hdl.handle.net/10393/34152.
Full textAbstract:
Photocatalysis is a series of advanced light-induced redox reaction processes resulting in the degradation and mineralization of organic pollutants in the presence of oxygen and water. Due to their capability to destroy contaminants under mild conditions, photocatalytic processes have attracted considerable attention in the field of waste-water treatment. However, photocatalytic reactions using the traditional TiO2 photocatalyst suffer from low energy efficiencies under solar irradiation. This low efficiency in the utilization of solar energy lies in its incapability in absorbing visible lights and also the high recombination rate of photo-excited species in photocatalysts. In addition, difficulties in the separation of fluids from micro- or nano-scale catalysts in large scale systems substantially impact cost efficiency in practice. In this thesis, strategies are explored which address these issues in order to improve the feasibility of solar photocatalysis. Two branches of photocatalytic transition metal-oxide semiconductor materials are investigated, namely bismuth-based and silver-based multi-phase heterogeneous photocatalysts. This research is focused on the design of visible-light-active metal-oxide photocatalysts to increase the absorption of visible light and to decrease the rates of electron-hole recombination, resulting in a high photocatalytic efficiency in regards to the degradation of organic pollutants. BiVO4 powder, synthesized from freshly made potassium metavanadate was prepared via hydrothermal treatment, characterized and experimentally investigated for the degradation of rhodamine B under visible light irradiation. The crystal structures and the specific surface areas of the composites, based on BiVO4 single phase crystal structures, are discussed. A multi-phase silver species (Ag2O/Ag3VO4/Ag4V2O7) photocatalyst was synthesized by adjusting the molar ratio of silver to vanadium (Ag to V) via hydrothermal method. The stabilities of as-prepared silver species composites regarding crystal structural changes due to photocatalytic reactions are investigated. Multi-phase silver species composites assisted with graphene oxide (GO-Ag2O/Ag3VO4/AgVO3) were synthesized at room temperature, and exhibited high visible-light photocatalytic activities regarding the degradation of model organic pollutants. The effect of graphene oxide addition on the photoactivity and on the photocorrosion of silver species composites under VLI is explored. The synergistic roles of each individual phase incorporated into the multi-phase composites are discussed regarding the photocatalytic performance.
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Dezani, Chloé. "Photocatalyse hétérogène en réacteurs ouverts pour la gestion de la ressource solaire : expérimentations sur différents médias et modélisation." Thesis, Perpignan, 2020. http://www.theses.fr/2020PERP0018.
Full textAbstract:
La présence des micropolluants dans l’environnement est reconnue comme un problème potentiel de santé publique qu’il convient de maitriser afin, d’une part de mettre en place une politique de circularité de l’eau, et d’autre part, de limiter leur dissémination et ainsi leurs effets sur les écosystèmes. Ces substances sont d’origine anthropique et sont pour la plupart bio-récalcitrantes donc partiellement ou non éliminées par les installations de traitement d’eaux usées qui reposent sur l’activité biologique. La photocatalyse hétérogène fait partie des procédés d’oxydation avancée développés spécifiquement pour le traitement des micropolluants. Ce procédé a la particularité de pouvoir utiliser l’énergie solaire comme source énergétique principale ce qui en fait un candidat d’intérêt dans une démarche de développement durable. Les caractéristiques de la ressource solaire, fluctuations/intermittence, impactent directement la capacité de traitement du procédé, et doivent être prises en compte dans sa gestion. Dans la littérature, cette prise en compte pour opérer le procédé porte exclusivement sur les réacteurs dits fermés. Le processus de traitement est alors interrompu la nuit dans les pilotes solaires étudiés. Lors du développement d’un procédé en mode continu, la gestion de l’intermittence s’impose afin de pouvoir assurer un traitement continu de l’effluent. Cette thèse vise à développer un modèle de représentation de la capacité de traitement d’un réacteur fonctionnant sur le principe de la photocatalyse hétérogène. Cette étape est indispensable pour le dimensionnement et pilotage de procédés solaires. Dans une deuxième partie, l’étude se focalise sur la faisabilité d’une technologie de gestion de l’intermittence basée sur un matériau composite adsorbant/photo-catalyseur. L’adsorbant permet de stocker les polluants lorsque la ressource est insuffisante et le photo-catalyseur vise à dégrader les polluants en phase liquide et en phase solide, ce qui revient à régénérer l’adsorbant lors des périodes d’ensoleillement. Ces deux études s’inscrivent dans l’objectif, sur le long terme, de permettre la mise en œuvre d’un procédé de photocatalyse hétérogène solaire en mode continu, capable d’opérer un traitement permanent malgré les fluctuations et l’intermittence solaires. Le premier objectif a consisté à développer un modèle de représentation du transfert radiatif dans les différents milieux hétérogènes réactifs étudiés afin de déterminer la puissance locale absorbée par ces derniers. Dans le cas de particules de photo-catalyseur en suspension, la littérature est relativement fournie, en comparaison des géométries plus complexes, pour lesquelles les études sont moins avancées. Les photo-catalyseurs testés, que sont le dioxyde de titane sous forme particulaire ou déposé sur une mousse alvéolaire macroporeuse inerte, ont ainsi nécessité de développer une approche spécifique. Le second objectif a consisté à déterminer la cinétique de photo-dégradation - dépendant principalement de la concentration en polluant d’étude et de la puissance locale absorbée - à partir d’expérimentations en réacteur fermé. Les vitesses locales des couples polluant, la caféine/photo-catalyseurs, sous forme particulaire ou supportée, ont été déterminées. Connaissant les modèles hydrodynamiques des réacteurs étudiés, un réacteur piston et un réacteur ouvert parfaitement agité, le modèle de représentation de la capacité de traitement, couplant l’ensemble des étapes énoncées (transfert radiatif, cinétique, convection), a été validé et appliqué à des expérimentations de photo-dégradation en réacteur ouvert soumis à des consignes dynamiques représentatives de l’ensoleillement réel. Le dernier objectif, dit exploratoire, a été de tester le matériau composite dans un photo-réacteur ouvert soumis à des cycles sans lumière/avec lumière. La capacité de ce dernier à opérer un traitement photo-catalytique et à s’auto-régénérer au cours des cycles a été montréeThe occurrence of micropollutants in water is recognized as a public health concern that needs to be addressed. The challenge is both to implement water reuse and to prevent micropollutants from being disseminated in the environment, and therefore to stop their detrimental effects. These so-called emerging contaminants are anthropogenic and most of them are non-biodegradable. Therefore, conventional biological treatments of wastewater treatment plants are not appropriate. Heterogeneous photocatalysis belongs to the advanced oxidation processes developed specifically for micropollutants’ removal. This process can be operated under solar light which makes it a relevant environmental-friendly option. Solar characteristics, such as light fluctuation and intermittency, have a direct impact on the process’s treatment capacity and need to be considered for its management. In the literature, photocatalytic reactors are mainly operated in a batch mode, which implies stopping treatment during the night. The development of continuous-mode reactors requires finding solutions to deal with light intermittency. This thesis aims, in a first part, to develop a model to predict the process’s treatment capacity of a continuous-mode reactor based on heterogeneous photocatalysis. This step is essential for the scaling and control of solar processes for micropollutants’ removal. The study also focuses, in a second part, on the reliability of a technology for intermittency management. This technology is based on a composite material made of an adsorbent and a photocatalyst. The adsorbent allows to store micropollutants when light is not enough, during the night or cloudy events. The photocatalyst enables the contaminants to be degraded, both in the liquid and solid phases, in order to operate the liquid treatment as well as regenerating the adsorbent. These two studies aim to bring knowledge to the development of continuous-mode solar processes, that can operate despite solar intermittency and light fluctuations. The first step to reach the previous purposes, is to develop a model to represent the radiation field inside the photoreactor for the two studied photocatalysts with the aim of calculating the local volumetric rate of photon absorption (LVRPA). In case of photocatalysts in suspension, literature about modelling radiative transfer is rich in comparison with supported photocatalysts. Therefore, the two tested media, titanium dioxide in suspension and titanium dioxide supported on an inert macroporous foam, require specific methodologies. The second step is to determine the kinetics model, which is a function of the pollutant concentration and the LVRPA, thanks to batch-mode experiments. Local kinetics of the different pairs “pollutant/photocatalysts” (caffeine/suspension or foam) are determined. Two reactors are studied: a plug-flow one and a perfectly well-mixed one. Knowing the models of their hydrodynamics and their kinetics, the combination of all of them is validated and then applied on photo-degradation experiments of caffeine under dynamic light operating conditions, representative of real solar light. The last purpose is to test the composite material in a continuous-mode photoreactor submitted to cycles alternating light and dark periods. The ability of the composite to degrade and regenerate is evidenced
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Nascimento, Ulisses Magalhães. "Preparação, caracterização e testes catalíticos de um fotocatalisador magnético (Fe3O4/TiO2) na degradação de um poluente-modelo: acid blue 9." Universidade de São Paulo, 2013. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75132/tde-23042013-112144/.
Full textAbstract:
A aplicação de semicondutores no tratamento de água e efluentes líquidos é uma tecnologia de remediação ambiental promissora, em especial para poluentes orgânicos. Entre os vários semicondutores que também são fotocatalisadores, o TiO2 é amplamente usado em aplicações ambientais, por ser inerte biológica e quimicamente, ter elevado potencial de oxidação, baixo custo e estabilidade frente à corrosão. Entretanto, o TiO2 também tem algumas desvantagens, tais como: ele é excitado apenas por luz UV e requer uma operação unitária adicional (por exemplo, filtração ou centrifugação) para o reuso do catalisador. Para contornar estas limitações, usou-se um procedimento simples para a síntese de um fotocatalisador magnético (Fe3O4/TiO2) com alta área superficial específica e atividade catalítica, quando comparado com o TiO2 P25 da Evonik. O fotocatalisador foi sintetizado através de um procedimento em três etapas: (1) Partículas α-Fe2O3 foram obtidas por precipitação de uma solução de FeCl3.6H2O 0.01 mol L-1, que foi submetida a uma hidrólise forçada à 100°C por 48 h; (2) Partículas de α-Fe2O3/TiO2 foram obtidas por heterocoagulação de oxi-hidróxidos de Ti(IV) sobre as partículas de α-Fe2O3, as quais foram calcinada a 500°C por 2 h; e (3) As partículas \"casaca/caroço\" do fotocatalisador foram obtidas por calcinação a 400°C por 1 h sob atmosfera redutora (H2). A atividade fotocatalítica do material sintetizado foi avaliada aplicando-o no descoramento de uma solução do corante Azul Ácido 9 (C.I. 42090). Os efeitos do pH e da concentração de catalisador foram estimados por meio de um planejamento fatorial 22. Foi obtido um fotocatalisador com área superficial específica de 202 m2 g-1, facilmente separável do meio reacional em aproximadamente 2 min com o auxílio de um ímã. O fotocatalisador apresentou absorção em toda a região do visível. A maior remoção de cor (54%) foi obtida com pH 3,0, 1,0 g L-1 de catalisador e 2 horas de reação.The use of semiconductors for treating polluted waters and wastewaters is a promising environmental remediation technology, especially for organic pollutants. Among the several semiconductors that are also photocatalysts, TiO2 is extensively used for environmental application, due to its biological and chemical inertness, high oxidation power, low cost, and stability regarding corrosion. However, TiO2 also has some disadvantages, such as: it is only UV-excited and requires an additional unit operation (e.g. filtration or centrifugation) for reuse purposes. In order to work around those limitations, a simple procedure for synthesizing a magnetic photocatalyst (Fe3O4/TiO2), with high specific surface area and good photocatalytic activity when compared to Evonik\'s TiO2 P25, was used. The photocatalyst was synthesized in a three-step procedure: (1) α-Fe2O3 particles were obtained, by precipitation, from FeCl3.6H2O 0.01 mol L-1, which underwent a forced acid hydrolysis at 100°C for 48 h; (2) α-Fe2O3/TiO2 particles were obtained, by heterocoagulation, of Ti(IV) oxide species on the α-Fe2O3, followed by calcination at 500°C for 2 h; and (3) The core/shell photocatalyst particles were obtained by calcination the α-Fe2O3/TiO2 particles at 400°C for 1 h under reducing atmosphere (H2). The photocatalytic activity of the synthesized material was assessed by the color removal of an Acid Blue 9 (C.I. 42090) dye solution. pH and catalyst dosage effects were estimated by a 22 factorial design. Fe3O4/TiO2 core/shell particles with specific surface area of 202 m2 g-1were obtained. They were easily separated from the reaction medium, in approximately 2 min, with the aid of a magnet. The photocatalyst absorbed radiation throughout the visible spectrum. The greatest color removal (54%) was achieved with pH 3.0, 1.0 g L-1 of photocatalyst, and 2 h of reaction.
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Le, Tuan. "Développement de nouveaux photocatalyseurs à base de tétrazines et d'heptazines." Thesis, université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPASF009.
Full textAbstract:
L’application de la photocatalyse en synthèse organique a connu un grand essor depuis une décennie. Cependant, la majorité des photocatalyseurs actuellement utilisés sont des composés organométalliques qui, malgré une efficacité remarquable, sont toxiques et couteux. Les travaux présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre d’un effort qui s’intensifie au cours de ces dernières années afin de trouver de nouvelles plateformes de catalyse photorédox efficaces et sans métaux. Deux familles de composés aromatiques azotés y ont été étudiées : les s-tétrazines et les heptazines. Ce sont des molécules fluorescentes qui sont réduites de manière réversible à un haut potentiel de réduction à l’état excité.Les études sur les s-tétrazines, que ce soit sur leur synthèse, leurs propriétés physicochimiques, ou encore leur relation structure-activité, sont assez complètes. Toutefois, celles sur les heptazines ne le sont pas, du fait de la synthèse assez délicate de leur précurseur principal.La première partie de ce manuscrit est donc consacrée aux s-tétrazines. En particulier, leurs capacités photooxydantes ont été évaluées dans plusieurs modèles réactionnels qui étaient jusqu’alors réservés aux composés organométalliques.La deuxième partie concerne les heptazines et commence par la mise en place d’une nouvelle voie de synthèse efficace et moins dangereuse. On a procèdé à la synthèse de différentes heptazines, suivie d’une évalution systématique de leurspropriétés physicochimiques. Quelques réactions photorédox ont été effectuées en présence d’heptazines afin d’avoir un aperçu préliminaire global sur leur activité photorédoxThe application of photocatalysis in organic synthesis has known a great growth over the past decade. However, the majority of photocatalysts currently used are organometallic compounds which, despite remarkable efficiencies, are toxic andexpensive. The work presented in this manuscript is a part of an effort that has intensified in recent years to find new efficient, metal-free photoredox catalysis platforms. Two families of nitrogenous aromatic compounds were studied there : The s-tetrazines and the heptazines. They are fluorescent molecules which are reversibly reduced at a high reduction potential in the excited state.While the studies on s-tetrazines, whether on their synthesis, their physicochemical properties, or their structure-activity relationship are quite complete, those on heptazines are not. And this is likely because of rather delicate and dangerous overall synthesis procedures.The first part of this manuscript is therefore devoted to s -tetrazines. In particular, their photooxidizing capacity has been evaluated using several reaction models which had been so far been used for organometallic compounds.The second part concerns the heptazines and begins with the establishment of a new efficient and less dangerous synthetic route. Different heptazines have been synthesized, and followed by a systematic evaluation of their physicochemicalproperties. A few photoredox reactions have been carried out in the presence of heptazines in order to gain an overview of their photoredox activity
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Lee, Soo-Keun. "Laser photocatalysts." Thesis, Robert Gordon University, 2001. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.344019.
Full text
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Ahmad, Ayla. "Synthesis and Evaluation of Photocatalytic Properties of BiOBr for Wastewater Treatment Applications." Thèse, Université d'Ottawa / University of Ottawa, 2013. http://hdl.handle.net/10393/30301.
Full textAbstract:
Visible light-driven photocatalysis has shown considerable potential in the area of clean and renewable energy, as well as in wastewater treatment. This thesis describes the synthesis, characterization and applicability of a visible-light active photocatalyst, bismuth oxybromide (BiOBr). The photocatalytic activity of BiOBr was investigated through its preparation via hydrothermal and solvothermal synthesis routes under various conditions. Hydrothermal catalyst was prepared using non template based method while for solvothermal synthesis CTAB was used as a template. Parameters of temperature and time of thermal treatment were optimized for each synthesis method and overall tests for catalyst dosage and recyclability were performed. An overall optimal route leading to high photocatalytic performance was also proposed based on the obtained results. Studies were also conducted to examine the applicability of optimally synthesized BiOBr in drinking water applications by studying catalyst-mediated disinfection of E. coli and degradation of phenol. Favourable results were obtained, confirming the prospective application of BiOBr as a viable photocatalyst for disinfection. Furthermore, the potential of enhancing BiOBr to further improve its performance is described through synthesis of a novel PdCl2/BiOBr based photocatalyst. Overall, the performance of BiOBr under various conditions in this study establishes its potential as a holistic photocatalyst and merits further development.
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Yamamoto, Akira. "Studies on Low-temperature De-NoX System over TiO2-based Photocatalysts." 京都大学 (Kyoto University), 2015. http://hdl.handle.net/2433/200501.
Full text
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Pichavant, Alexandre. "Coprécipitation d'oxydes mixtes de titane et d'étain en solution aqueuse." Thesis, Paris, ENMP, 2015. http://www.theses.fr/2015ENMP0075/document.
Full textAbstract:
La synthèse de particules d'oxydes mixtes en solution aqueuse est souvent difficile à contrôler en raison de la réactivité potentiellement différente des espèces qui coprécipitent. L’objectif de la thèse est de tenter de comprendre et piloter la synthèse dans le cas du système de particules d’oxydes mixtes de titane et d'étain, choisi en raison de l'existence d'une solution solide sur toute la gamme de composition et de la possibilité de recourir à une précipitation homogène plus simple à modéliser que le mélange réactif. Les synthèses sont réalisées par thermohydrolyse avec chauffage micro-ondes de solutions acides, fournissant des particules directement cristallisées avec des temps de réaction réduits. Les résultats des synthèses, à savoir le rendement et la composition du solide, sont modélisés par un calcul de sursaturation nécessitant la connaissance de la spéciation des solutions préparées. Cette dernière est calculée par la détermination à la température de thermohydrolyse des constantes d’équilibres en solution à partir de données bibliographiques et de mesures de solubilité à basse température d'une part et d'autre part de modélisation de la dépendance thermique des grandeurs thermodynamiques. Enfin, des nanocomposites Anatase-Rutile ont été obtenus par coprécipitation de titane avec de petites quantité d’étain et les propriétés photocatalytiques de ces nanoparticules ont été testéesThe synthesis of mixed oxide particles in aqueous solution is often difficult to control because of the potentially different reactivity of coprecipitating species. The aim of the thesis is to try to understand and control the synthesis in the case of mixed titanium oxide particles and tin system, chosen because of the existence of a solid solution over the entire range composition and the possibility of using a simpler homogeneous precipitation to model the reactant mixture. The syntheses are carried out by thermal hydrolysis of acidic solutions with microwave heating, providing particles directly crystallized with reduced reaction times. The results of the synthesis, namely the yield and composition of the solid, are modeled by a calculation of the supersaturation requiring knowledge of the speciation of the prepared solutions. This is calculated by determining the temperature of thermal hydrolysis in solution equilibrium constants from bibliographic data and low-temperature solubility measurements on the one hand and on the other hand, modeling of the temperature dependence of the thermodynamic. Finally, Anatase-Rutile nanocomposites were obtained by coprecipitation of titanium with small amounts of tin and the photocatalytic properties of these nanoparticles were tested
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Wang, Fan. "Visible light photocatalysis with supported metal nanoparticles for organic synthesis." Thesis, Queensland University of Technology, 2017. https://eprints.qut.edu.au/103567/1/Fan_Wang_Thesis.pdf.
Full textAbstract:
This project was a step forward in developing new effective photocatalysts for fine organic synthesis under visible light irradiation. These kind of new photocatalysts are able to facilitate reaction rates by using visible light under moderate reaction conditions through a green, economical and environmentally friendly pathway. This thesis investigated the catalyst synthesis, characterization and the application in organic reactions with high activity and selectivity. The discovery of these new metal nanoparticle photocatalysts may inspire further studies on other efficient photocatalysts and enhance the potential to utilize sunlight via a controlled and environmentally friendly process.
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Youssef, Zahraa. "Nanoparticules de TiO2 couplées à des photosensibilisateurs pour des applications en photocatalyse et en thérapie photodynamique." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0231/document.
Full textAbstract:
Ce travail concerne le développement de nanoparticules de TiO2 et de SiO2 sensibilisées aux photosensibilisateurs pour application dans la photocatalyse et la thérapie photodynamique (PDT). Les NP ont été soit recouverts d'une coquille de polysiloxane, soit modifiés par l'aminopropyltriéthoxysilane (APTES) seul. Les PSs de tétraphényl monocarboxylphosphine (P1-COOH) ou de chlorine e6 (Ce6) ont été couplés aux NP par liaison amide. En photocatalyse, les NP hybrides modifiées par l'APTES, en particulier TiO2-APTES-Ce6, présentent une activité photocatalytique supérieure vis-à-vis de la dégradation du bleu de méthylène et de l’orange de méthyle sur les systèmes cœur-coquille sous lumière solaire et visible. Pour la PDT, des tests in vitro ont été désignés sur la lignée cellulaire de glioblastome U87 à différentes concentrations de NP éclairées à 652 nm. TiO2-APTES-Ce6 a révélé une bonne phototoxicité car la viabilité cellulaire a diminué de 89% après illumination. L'incorporation cellulaire et la localisation de ces NP et de leurs analogues de la silice ont été explorées. Les ROS impliqués dans la photocatalyse et la PDT ont été étudiésThis work addresses the development of dye-sensitized TiO2 and SiO2 nanoparticles (NPs) for application in photocatalysis and photodynamic therapy (PDT). The NPs were either coated with a polysiloxane shell or modified by aminopropyl triethoxysilane (APTES) alone. Monocarboxylic tetraphenyl porphyrin (P1-COOH) or chlorin e6 (Ce6) PSs were coupled to the NPs by amide bond. In photocatalysis, The APTES-modified sensitized NPs, particularly TiO2-APTES-Ce6, exhibit a superior activity towards the degradation of methylene blue and methyl orange over the core-shell systems under solar and visible light. For PDT, in vitro tests were conducted on the glioblastoma cell line U87 at different NPs’ concentrations illuminated at 652 nm. TiO2-APTES-Ce6 revealed a good phototoxicity as the cell viability decreased by 89% after illumination. The cellular uptake and localization of those NPs and their silica analogues were explored. The ROS involved in photocatalysis and PDT were investigated
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Gärban, Razvan Vasile. "Nanocomposites interactifs supportes en tant que photocatalyseurs contemporains et materiaux germicides : concepts et applications." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00820632.
Full textAbstract:
La recherche actuelle est entreprise dans l'optique de la révision complète du design chimique et des principes d'élaboration des photocatalyseurs composites supportés (PCCS) afin d'améliorer considérablement leurs capacités réactionnelles, la durabilité de leur action en temps et de résoudre le problème de pollution secondaire des milieux à traiter. Les travaux effectués ont permis la mise en œuvre d'un nouveau modèle de PCCS interactifs dont les composants photosensibles sont en fortes interactions chimiques avec leurs supports appartenant au groupe d'acides de Lewis. Cette particularité assure une grande sélectivité d'action des produits développés, leur fonctionnement durable en régime stationnaire, évite la pollution secondaire des effluents à traiter et garanti une performance photocatalytique comparable à celle du produit de référence Degussa P25.Les travaux réalisés ont permis d'acquérir de nouvelles connaissances scientifiques concernant le rôle de l'acidité de surface dans l'action photocatalytique et du taux de dissociation de l'eau adsorbée sur le produit actif. De plus, un ensemble de huit paramètres principaux assurant les meilleures conditions d'exploitation des PCCS a été établi.Les PCCS développés peuvent être appliqués, tout d'abord, dans le domaine de l'incinération photocatalytique des COV. Un prototype de filtre dynamique capable de traiter 50 m3/h de l'air avec une consommation d'énergie modérée, est conçu. Un nouveau type de matériaux composites à vocation germicide à base de polymères synthétiques fait également l'objet de la partie applicative de ces travaux de thèse.
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Tran, Duc Trung. "Elaboration et mise en œuvre de membranes composites polymère-TiO2 faiblement colmatantes." Thesis, Montpellier, 2019. http://www.theses.fr/2019MONTG023.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l’élaboration et l’étude des performances de membranes d’ultrafiltration PVDF-TiO2 possédant des propriétés anti-colmatantes et photo-induites. La membrane est obtenue par application de la méthode de séparation de phases induite par un non-solvant sur un collodion de polyfuorure de vinylidène au sein duquel ont été incorporées des nanoparticules de TiO2. Il est montré : i) que la presence des nanoparticules de TiO2 les propriétés membranaires, et notamment le flux de perméat, par rapport à la membrane PVDF ; ii) que l’augmentation de la température de préparation de la membrane permettait de modifier la structure membranaire, en passant d’une morphologie constituée principalement de macrovides (dite en “doigts de gants”) à des températures basses à une morphologie spongieuse, contenant des pores de plus petite taille, à température élevée. Au-delà de la structure membranaire, des propriétés telles que la perméabilité, la porosité, la résistance mécanique, la cristallinité et les propriétés thermiques sont également influences par les changements de température de formation. Lorsque les membranes PVDF-TiO2 sont mises en oeuvre en mode photo-filtration (c.-à-d. filtration avec irradiation ultraviolette (UV) continue sur la membrane), le flux à l’eau pure de la membrane PVDF-TiO2 est encore augmenté, du fait du phénomène d’hydrophilicité photo-induite des nanoparticules de TiO2. Des premières estimations suggèrent que la photo-filtration par les membranes PVDF-TiO2 serait une économiquement rentable, car le gain en termes de filtration et qualité d’eau l’emporterait sur le cout énergétique induit par l’irradiation UV. En outre, l’efficacité de la photo-filtration a été évaluée avec des solutions d’alimentation synthétiques contenant des composés inorganiques et organiques représentatifs des eaux de surface. Il a été montré que si la plupart des ions inorganiques communément rencontrés dans l’eau potable n’ont aucun effet sur l’efficacité de la photo-filtration, la coexistence de Cu2+ et HCO3- dans l’eau d’alimentation entraîne un colmatage inorganique sévère qui inhibe le phénomène hydrophilicité photoinduite. En outre, la membrane PVDF-TiO2 présente également des flux plus élevés et une activité photocatalytique lors de la photo-filtration de solutions contenant des matières colmatantes organiques comme les acides humiques ou l’alginate de sodium. En conclusion, la membrane composite PVDF-TiO2 a démontré des propriétés et des performances significativement améliorées par rapport à la membrane PVDF, a fortioti lorsqu’elle est mise en oeuvre dans un système de photo-filtration sous irradiation UV. Ainsi, ce sont des matériaux prometteurs pour des applications membranaires en traitement de l’eauThis thesis deals with the elaboration and performance of a specific type of ultrafiltration membrane with anti-fouling and photo-induced properties, the PVDF-TiO2 composite membrane. The membrane was fabricated via the nonsolvent-induced phase separation method by incorporating titanium dioxide (TiO2) nanoparticles into the polyvinylidene fluoride (PVDF) polymer matrix. The TiO2 nanoparticles played a significant role in facilitating the membrane formation process and improving the composite membrane properties compared to the neat PVDF membrane. It was demonstrated that, by changing the membrane preparation temperature, the membrane structure could be affected dramatically, notably the morphological dominance of finger-like macrovoids at lower temperatures and their diminution in both size and number when temperature increased. Other membrane properties also saw systematic transitions with changes in formation temperature, as characterized by permeability, porosity, mechanical strength, crystallinity, and thermal properties. In terms of performance, the PVDF-TiO2 membrane exhibited superior permeate flux compared to the neat PVDF membrane. More importantly, when being operated in photo-filtration mode (i.e. filtration with continuous ultraviolet (UV) irradiation on the membrane), the pure water flux of PVDF-TiO2 membrane could be further increased, thanks to the enhanced hydrophilicity of the membrane, which comes from the photo-induced hydrophilicity phenomenon of TiO2. Preliminary estimations suggest that photo-filtration is a cost-effective method, as the benefit from enhanced water output outweighs the extra energy demand for UV irradiation. Furthermore, the efficiency of photo-filtration was evaluated with synthetic feed solutions containing inorganic and organic contents representative in surface water. It was identified that, while most of the common inorganic ions in drinking water had no effects on photo-filtration efficiency, the coexistence of Cu2+ and HCO3- in the feed led to severe inorganic fouling and inhibited the photo-induced hydrophilicity phenomenon. Besides, the PVDF-TiO2 membrane also showed its stronger flux performance and photocatalytic activity during photo-filtration of solutions containing organic foulants like humic acids or sodium alginate. In conclusion, the PVDF-TiO2 composite membrane exhibited much improved properties and performance compared to the neat PVDF membrane, and even stronger performance when operated in photo-filtration mode. Thus, it is a promising candidate to be used in membrane-based applications for water treatment
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Guo, Muyao, and 郭牧遥. "Metal oxide photocatalysis." Thesis, The University of Hong Kong (Pokfulam, Hong Kong), 2013. http://hub.hku.hk/bib/B50434457.
Full textAbstract:
Photocatalysis has been attracting much research interest because of its wide applications in renewable energy and environmental remediation. Among the photocatalysts, metal oxide semiconductors are the best choice due to distinctive properties, durability and cost effectiveness. However, the mechanisms of photocatalysis are still not entirely clear and the photocatalytic activity of the metal oxide materials needs to be improved. Therefore, this thesis concentrates on the study of the photocatalytic mechanism and the factors affecting the photocatalytic activity.
The photocatalysis of different commercial metal oxide nanoparticles has been studied. Different photocatalytic experiments have been designed to find out the mechanisms of photocatalysis. It is found that the dominant mechanism of photocatalysis is direct charge transfer between metal oxide and organic compounds. Reactive oxygen species, such as hydroxyl radicals also play a minor role in the photocatalysis.
ZnO tetrapods were synthesized by evaporating Zn powder in the flow of Ar gas at high temperature in this study. They exhibit excellent photocatalytic activity. By the comparison between ZnO tetrapods and different ZnO nanoparticles, it is found that the photocatalytic activity of the metal oxide is strongly affected by the native defects, especially by the nonradiative defects.
1D TiO2 nanotubes and ZnO nanorods were synthesized by anodization and hydrothermal growth respectively. ZnO nanorods with alumina and titania shell were prepared by solution-based methods. These structures are interesting as supported catalysts, which is important for practical applications, since it enables simple removal of photocatalyst from treated water. The core shell structures are expected to improve the stability of ZnO. The results also imply that the photocatalytic avtivity of materials is affected by the native defects.
Two different solution based methods hydrothermal growth and electrodeposition to grow CuxO layer were used. The hydrothermal grown CuxO exhibit excellent photocatalytic activity and good photocorrosion resistance. It was also found that the photocatalytic activity of the CuxO prepared by hydrothermal methods can be recovered by simple immersion of the sample into the precursor solution.published_or_final_version
Physics
Master
Master of Philosophy
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Jackson, S. A. "Intermediates in photocatalysis." Thesis, University of Nottingham, 1988. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.384288.
Full text
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Svoboda, Jiří. "Flavin-based photocatalysts." kostenfrei, 2007. http://www.opus-bayern.de/uni-regensburg/volltexte/2008/859/.
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Wang, Zheng. "Studies on the Photocatalytic Conversion of CO2 in and by H2O over Heterogeneous Photocatalysts." 京都大学 (Kyoto University), 2015. http://hdl.handle.net/2433/199324.
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王, 征. "不均一系光触媒を用いた水中での二酸化炭素の光還元に関する研究." Kyoto University, 2015. http://hdl.handle.net/2433/199525.
Full text
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Huang, Zeai. "Studies on Photocatalytic Conversion of Carbon Dioxide in Water over Heterogeneous Catalysts." Kyoto University, 2018. http://hdl.handle.net/2433/232007.
Full text
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Bouhadoun, Sarah. "Synthèse de nanoparticules de dioxyde de titane par pyrolyse laser et leur application en photocatalyse." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLS003/document.
Full textAbstract:
Le dioxyde de titane suscite un grand intérêt dans le domaine de la photocatalyse. Cependant, il n'utilise que la composante UV du flux solaire soit 4-5 % de l'énergie disponible. Un objectif de cette thèse est d'élaborer un matériau capable d'absorber dans le visible tout en restant actif sous lumière UV. Des nanoparticules de dioxyde de titane modifiées avec de l'or et/ou de l'azote ont été synthétisées par pyrolyse laser. Les poudres obtenues ont été caractérisées systématiquement par différentes techniques physico-chimiques (analyse ICP-AES), structurales (DRX), morphologiques et texturales (MET, MEB, BET), optiques (Spectroscopie UV-Visible) et électroniques (XPS, RPE et TRMC). Les particules présentent une structure cristalline majoritairement anatase, avec une taille moyenne de l'ordre de 7-10 nm. Leur efficacité photocatalytique a été évaluée par HPLC vis-à-vis de la dégradation d'acides carboxyliques (C1-C4) sous lumière UV et Visible. Les résultats photocatalytiques obtenus sur un polluant modèle (l'acide formique) ont révélé que sous UV le TiO2 préparé par pyrolyse laser est nettement plus actif que la référence commerciale. La modification à l'or améliore encore l'efficacité en facilitant le transfert de charge, alors que le dopage à l'azote introduit des sites de recombinaison provoquant donc un effet négatif. Ces résultats ont été corrélés à la dynamique des porteurs de charge étudiée par TRMC (Time Resolved Microwave Conductivity). La combinaison des deux élèments Au et N montre une efficacité proche de la référence commerciale, tout en introduisant une activité dans le visible. Dans le cas des acides à plus longue chaîne, la photoactivité des différents photocatalyseurs est proche de la référence commerciale sous lumière UV, mais reste très limitée dans le visible. La compréhension des mécanismes de dégradation a été abordée par la Résonance Paramagnétique Electronique (RPE)Titanium dioxide is the most widely used photocatalyst due to its amazing properties. However, TiO2 is activated by UV radiation which represent about 4-5 % of solar light. One aim of this work is to shift the adsorption of TiO2 to the visible range while maintaining photoactivity under UV. Therefore N-doped and gold modified TiO2 nanoparticles have been synthesized in one step by laser pyrolysis. The materials have been characterized; their photocatalytic activity was evaluated by the degradation of carboxylic acids (C1-C4) under both UV and Visible irradiation. When dealing with the decomposition of formic acid under UV light, all samples exhibit a higher activity compared to commercial P25. Modification with Au increases the reaction rate by enhancing charge separation, while N-doped sample are less efficient due to recombination centers induced by Nitrogen. These results were correlated to the dynamic of electron/hole pairs studied by TRMC (Time Resolved Microwave Conductivity). Moreover, the combination of Au and N showed an efficiency similar to commercial P25 under UV irradiation associated to photoactivity in the visible range. In the case of C2-C4 acids, photocatalytic performances of all photocatalysts are similar to commercial P25 under UV, but very weak under visible light. Degradation mechanisms were investigated by ESR (Electron Spin Resonance)
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Bai, Xiaofei. "Effet de taille et du dopage sur la structure, les transitions et les propriétés optiques de particules du multiferroïque BiFeO₃ pour des applications photocatalytiques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLC013/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse expérimentale a été consacré à la synthèse par des méthodes de chimie par voie humide de nanoparticules à base du multiferroïque BiFeO3 et à leur caractérisation, avec comme objectif finale des applications photocatalytiques. Ce matériau présente une bande interdite, avec un gap de 2.6eV, qui permet la photo-génération de porteurs de charges dans le visible faisant ainsi de BiFeO3 un système intéressant pour des processus photo-induits. Ce travail s’est en particulier focalisé à caractériser les propriétés de nanoparticules à base de BiFeO3 en vue de comprendre l’effet de ses propriétés sur leur potentiel dans des applications liées à la photocatalyse. Tout d’abord, l’étude des effets de taille sur les propriétés structurales, de transitions de phase, et physico-chimiques des particules a été réalisée, en gardant comme principal objectif de découpler les propriétés liées à la surface de celles du massif/cœur de la particule. Pour cela, une maîtrise et une optimisation des procédés de synthèse de particules aux échelles nano- et micro-micrométriques de BiFeO3 a été nécessaire pour obtenir des composés de taille variable et de très bonne qualité cristalline. Malgré la diminution de la taille des particules, on constate que, grâce au contrôle de paramètres de synthèse, nos nanoparticules présentent des propriétés très proches à celles du massif de BiFeO3, gardant la structure rhomboédrique R3c avec des faibles effets de contrainte. Afin de contrôler indirectement par le dopage les propriétés optiques des composés à base de BiFeO3, on a réussi à réaliser un dopage très homogène en La3+, et un dopage partiel en Ca2+, sur le site de Bi3+. Les propriétés optiques des nanoparticules et leurs applications dans les premières expériences photocatalytiques sur la dégradation du colorant rhodamine B ont montré la complexité de la physico-chimie de leur surface et du processus d’interaction lumière-particule. Après analyse des données d’absorbance optique en fonction de la taille de nanoparticules, on observe que la bande interdite déduite pour ces différentes particules n’est pas le facteur prédominant sur les performances photocatalytiques. D’autres facteurs ont pu être identifiés comme étant à l’origine de la localisation de charges photo-générées, tels que des états de surface liés à une fine couche de peau ou skin layer sur les nanoparticules, présentant des défauts structuraux, une réduction de l’état d’oxydation du Fe3+ vers le Fe2+ et la stabilisation d’autres adsorbats, tels que FeOOH ; tous ces facteurs peuvent contribuer au changement dans les performances photocatalytiques. Les résultats photocatalytiques restent très encourageants pour poursuivre les études de nanoparticules à base de BiFeO3, montrant une dégradation de la rhodamine B à 50% au bout de 4h de réaction photocatalytique pour certaines des nanoparticules étudiéesThis experimental PhD work has been dedicated to the synthesis, by wet chemistry methods, and characterization of nanoparticles based on multiferroic BiFeO3, with the aim of using them for photocatalytic applications. This material presents a bandgap of 2.6eV, which allows the charge carrier photoexcitation in the visible range, making BiFeO3 a very interesting system for photoinduced processes. This thesis has been particularly focused on characterizing the properties of BiFeO3 nanoparticles in view of understanding the relationship of their properties on their potential use for photocatalytic applications. First of all, the topic of the size effect on the structural properties, phase transitions, and physics and chemistry of the particles has been developed, keeping as first aim to separate the properties related to the surface from those arising from the bulk/core of the particle. To do so, the mastering and optimization of the synthesis processes of BiFeO3 particles at the nano and microscale were needed, to finally obtain different size compounds with high crystalline quality. Despite the size reduction of the particles, we notice that, thanks to the control of the synthesis process, our BiFeO3 nanoparticles present properties very close to those of the bulk BiFeO3 material, keeping the rhombohedral structure R3c with weak strain effects. In order to indirectly tune the optical properties exploiting the doping, we have succeeded in realizing a homogenous La3+ doping, and a partial Ca2+ doping, on the Bi3+ site. The optical properties of the nanoparticles and their use on the first photocatalytic experiments for degrading rhodamine B dye have shown the complexity of the physics and chemistry phenomena at their surface and of the light-particle processes. After analyzing optical absorbance data as a function of the particle size, we observe that the deduced bandgap for different particles is not the main parameter directing the photocatalytic performances. Other factors have been identified to be at the origin of the localization of the photoexcited charges, as the surface states linked to the skin layer of the nanoparticles, depicting structural defects, a reduction of the oxidation state of Fe3+ towards Fe2+ and the stabilization of other adsorbates, such as FeOOH; all these parameters may contribute to the change on the photocatalytic performances. The photocatalytic results are very encouraging, motivating to continue the study of BiFeO3 based nanoparticles, though depicting a 50% rhodamine B degradation after 4h of photocatalytic reaction using some of the present nanoparticles
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Hadj, Salah Nadjet. "Etude de la dégradation photocatalytique de polluants organiques en présence de dioxyde de titane, en suspension aqueuse et en lit fixe." Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENA014/document.
Full textAbstract:
La première partie de ce travail est consacrée à l’évaluation de l’efficacité photocatalytique de plusieurs semiconducteurs commerciaux. La comparaison est basée sur la détermination de leurs propriétés physiques : diamètre des particules, taille des cristallites, structure cristallographique, propriétés électroniques, composition chimique ainsi que capacité d’adsorption. L’efficacité photocatalytique est testée sur le phénol, un polluant modèle. Alors que ZnO présente une activité photocatalytique légèrement supérieure à celle des différents TiO2 étudiés, c’est pour le TiO2 P25 que la plus faible résistivité a été observée. C’est donc au sein de ce dernier que la circulation électronique est la meilleure. L’existence de différentes formes cristallographiques pour le TiO2 est démontrée être également un autre paramètre fondamental gouvernant la réactivité. Si la partition anatase/rutile (80/20%) est donc importante, le fait que le TiO2-P25 soit formé d'un seul cristallite le semble tout autant, car c’est tout le grain qui peut être considéré comme actif.Une seconde partie est dédiée à l’étude de la dégradation photocatalytique d’un colorant, le Vert Cibacron (RG12) utilisé dans l’industrie textile. Le travail est réalisé en suspension aqueuse en présence de dioxyde de titane TiO2-P25. La décoloration de la suspension est effective après 90min de traitement et s’accompagne d’une minéralisation partielle de 60% pour une gamme de concentration initiale en RG12 entre 10-40 mgL-1. Pour déterminer le mécanisme général de la photocatalyse, des investigations thermodynamiques et cinétiques ont été menées sur l’adsorption du colorant sur TiO2-P25. La chimisorption s’est avérée être le processus spontané endothermique majoritaire se déroulant à la surface du photocatalyseur. La cinétique d’adsorption suit globalement une loi de pseudo-ordre deux accompagnée d’un mécanisme de diffusion intraparticulaire observé aux fortes concentrations (80-120 mgL-1) mettant en avant les mésopores du matériau. Un modèle faisant intervenir une adsorption compétitive des espèces à la surface du photocatalyseur a été élaboré. Les molécules de colorant, de sous-produits de dégradation, les molécules d’eau et ions hydroxydes, ainsi que le dioxygène présent en solution et à la surface du TiO2 sont supposés entrer en compétition vis à vis des mêmes sites d’adsorption. Il est alors observé que l’inverse de la constante de dégradation photocatalytique du colorant dépend d’un polynôme du second degré de la concentration initiale du colorant de départ.Afin de contrecarrer le problème récurrent de la filtration des suspensions aqueuses de TiO2, la fixation de TiO2 par la méthode PMTP sur des plaques de verre a été étudiée. La caractérisation des dépôts par MEB et DRX a permis de montrer que ceux-ci étaient homogènes. Les performances du TiO2 supporté ont été comparées au procédé photocatalytique classique en suspension aqueuse sur le colorant Vert Cibacron dans un réacteur à recirculation de 500 mL dont les conditions optimales de fonctionnement ont été déterminées. Le modèle précédent de compétition d’adsorption des espèces à la surface du photocatalyseur, s’est montré adapté à décrire les résultats expérimentaux comparativement au modèle de Langmuir-Hinshelwood.Enfin, le couplage photocatalyse/sonolyse a été examiné pour la dégradation du vert Cibacron. Le dosage des espèces actives générées par chaque technique a été réalisé. Une synergie est apparue lors du couplage de la photocatalyse sous irradiation solaire en présence d’ultrasons 500 kHzThe first part of this work is dedicated to the evaluation of the photocatalytic efficiency of semiconductors ZnO, TiO2 P25, and two other titanium dioxides (anatase 100%). The comparison was based on determining the physical properties of photocatalysts, mainly: the particle diameter, crystallite size, crystallographic structure, electronic properties, chemical composition and the adsorption capacity. The photocatalytic efficiency was tested with phenol as target molecule. While comparable photocatalytic activity was found with ZnO and TiO2 P25, the lowest resistivity was observed with TiO2 P25, which means that a better electronic circulation occurs in this last photocatalyst compared to ZnO, but also that there is another fundamental parameter governing the reactivity. Under the same crystallographic form, 100% anatase, the photoreactivity of TiO2 is slightly higher with the photocatalyst having the lowest grain's diameter. The highest photoreactivity of TiO2 P25 can be explained by the partition anatase/rutile (80/20%), a higher electronic circulation and by the fact that TiO2 P25 is formed from a single crystallite, where any grains are considered as photoactive. Second part concerns the photocatalytic degradation of dye Cibacron Green (RG12) used by textile industry, in aqueous suspension in the presence of titanium dioxide TiO2 P25. Discoloration of the suspension was effective after 90min treatment with a partial mineralization 60% of the initial dye (10-40 mgL-1). To determine the general mechanism of the photocatalytic process, especially if the surface of the material is involved or not, thermodynamic and kinetic investigations were investiagted on adsorption. Chemisorption was found to be the majority endothermic spontaneous process occurring on the surface of the photocatalyst. Moreover, the adsorption kinetics follows a pseudo-second order law with a intraparticle diffusion mechanism which was observed at higher concentrations (80-120 mgL-1) highlighting the mesopores of TiO2. As the Langmuir-Hinshelwood, Ollis and Direct –Indirect models were enable to fully describe our experimental results, a new model involving a competitive adsorption of species on the surface of the photocatalyst was developed. Dye molecules, byproducts of degradation, water molecules, hydroxide ions and the oxygen present in solution are assumed to compete with respect to the same sites of adsorption at the TiO2 surface. The model showed that the inverse of the constant of the dye photocatalytic degradation depended on a second degree polynomial of the initial concentration of initial dye. Binding experiments of TiO2 on glass plates by the method PMTP were carried out in order to work with supported TiO2 in a dedicated reactor having a recirculation of 0.5 L and where optimum operating conditions were determined. Characterization of deposits by SEM and XRD showed that they were homogeneous with a density of 0.26 mg TiO2/cm². Performances of the supported TiO2 were compared to the conventional photocatalytic process in aqueous suspension by studying the discoloration of the previous dye Cibacron green. The competitive adsorption model elaborated well described experimental results. Final examination was done by coupling photocatalysis and sonolysis for the degradation of Cibacron Green. The determination of the active species generated by each technique was performed. A synergy was observed under solar irradiation of TiO2 in the presence of 500 kHz ultrasound which could provide from an extensive mass transfer of the dye on the photocatalyst induced by ultrasounds
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Huo, Zhaohui. "Polyoxometalate - porphyrin hybrids systems : application for the photocurrent generation and the photocatalysis." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAF032/document.
Full textAbstract:
Des films du type polyoxométallates-porphyrines ont été synthetisés et sont basés sur des interactions du types covalentes ou électrostatiques. Les films polyoxométallates–porphyrines sont obtenus par électro-oxydation de l’octaéthylporphyrine de zinc (ZnOEP) ou la 5,15-ditolylporphyrine (H2T2P) en présence de différents types of polyoxométallates (POMs) portant deux groupes pyridyles pendants (py-POM-py) Trois type de systèmes py-POM-py ont été utilises : i) un Lindqvist polyoxovanadate fonctionalisé via deux groupes tris-alkoxo , ii) un derive organosilyl fonctionalisé du type Keggin ou Dawson, et iii) des briques du type Dawson [P2W15V3O62]9− fonctionalisée avec des groupements organiques bis-pyridine de géométrie variée via un greffage diolamide). Tous ces films ont été testé pour la génération de photocourant et la photocatalyse de la réduction de métaux (Ag et Pt). Des films électrostatiques POM-porphyrin ont été également préparés par incorporation de polyanion du type Preyssler [NaP5W30O110]14- sur les films de porphyrine polycationic (poly-ZnOEP) électropolymérisés avec des espaceurs viologènes ou bis-viologènes. [NaP5W30O110]14- agit comme relais d’électron entre une porphyrine excitée ZnOEP* et le viologène (ou le bis-viologène) retardant la recombinaison de charge ce qui permet une augmentation du photocourant. Enfin, des nanoparticules POM@NPs (Pt, Au, Ag) ont été introduites en surface de copolymère polycationique à base de bis-porphyrine par métathèse afin d’augmenter l’efficacité de la génération de photocourant. La résonance de plasmon de surface localisée qui se produit à la surface des nanoparticules d'argent a sensiblement améliorée l'excitation électronique de porphyrinePolyoxometalates-porphyrin hybrid films were synthesized based on covalent or electrostatic interactions. Copolymeric polyoxometalate–porphyrin films were obtained by the electro-oxidation of zinc octaethylporphyrin (ZnOEP) or 5,15-ditolyl porphyrin (H2T2P) in the presence of a different type of polyoxometalates (POMs) bearing two pyridyl groups (py-POM-py). Three type of py-POM-py have been used: i) a tris-alkoxo functionalized Lindqvist polyoxovanadate, ii) an organosilyl functionalized Keggin-type [PW11Si2O40C26H16N2]3- and Dawson-type [P2W17Si2O62C26H16N2]6-, and iii) a bis-pyridine-substituted organo-polyoxometallic bricks using [P2W15V3O62]9− diolamide-grafting method with various geometries of the pendant group. All are applied for photocurrent generation and photocatalytical recovery of metals (Ag and Pt). Electrostatic POM-porphyrin films were also prepared by incorporated Preyssler type polyanion [NaP5W30O110]14- onto the electropolymerized polycationic porphyrin (poly-ZnOEP) with viologen or bis-viologen as spacers. [NaP5W30O110]14- as an efficient electron shuttle between the excited ZnOEP and viologen (or bis-viologen) which effectively retarded the fast charge pair recombination and enhanced the photocurrent magnitude. Later, we introduced nanoparticles POM@MNPs to a bis-porphyrin copolymer through metathesis reaction to further improve the efficiency of the photocurrent generation in which the localized surface plasmon resonance that occurs at the surface of silver nanoparticles has substantially enhanced the electronic excitation of surface-anchored porphyrin
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Plumejeau, Sandrine. "Croissance de TiO₂ en surface de fibres de cellulose pour l'élaboration de filtres photocatalytiques." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT230/document.
Full textAbstract:
La dépollution est aujourd’hui un enjeu majeur pour la protection de l’environnement et un développement durable. Les technologies membranaires et les procédés d’oxydation avancée jouent un rôle de plus en plus important dans le traitement de l'eau que ce soit pour la production d’eau potable que pour le traitement des eaux usées urbaines ou industrielles. La photocatalyse hétérogène est un procédé d’oxydation avancée permettant la génération des espèces très oxydantes comme les radicaux OH•, en présence d’eau et de dioxygène, lors de l’irradiation de certains solides semi-conducteurs au premier rang desquels on retrouve le dioxyde de titane. L’objectif final visé dans cette thèse est le développement de filtres photocatalytiques performants mis en œuvre dans des procédés hybrides couplant séparation et photodégradation. Le mode d’élaboration envisagé pour ces filtres photocatalytiques est basé sur une voie de synthèse en rupture utilisant un polymère biosourcé, la cellulose, à la fois comme réactif (source d’oxygène) et support mécanique pour la croissance de nanoparticules de TiO2 à partir de tétrachlorure de titane. La première partie de la thèse est dédiée à une revue bibliographique qui porte principalement sur les procédés membranaires et hybrides, le dioxyde de titane et ses propriétés photocatalytiques et sur les propriétés chimiques, structurales et microstructurales et l’évolution thermique de la cellulose. Après un descriptif des matériels et méthodes mis en œuvre dans l’étude expérimentale sont d’abord présentés et discutés les résultats obtenus sur la préparation et la caractérisation de poudres purement minérales, à base de TiO2, et de poudres composites TiO2-carbone. L’effet du dopage du TiO2 par différents métaux de transition afin d’améliorer ses propriétés fonctionnelles est ensuite examiné. Une simplification du procédé de synthèse consistant à éliminer tout usage de solvant est exposée dans le chapitre suivant. S’appuyant sur le savoir-faire précédemment acquis en matière de synthèse et sur les performances photocatalytiques préalablement mesurées, le dernier chapitre est consacré aux travaux préliminaires menés sur la préparation de filtres photocatalytiques et sur l’évaluation leurs performances fonctionnellesThe pollution is definitely a major issue for environmental protection and sustainable development. Membrane technologies and advanced oxidation processes play more and more a key-role in the treatment of water both for the production of drinking water and for the treatment of municipal and industrial wastewaters. Heterogeneous photocatalysis is an advanced oxidation process for generating highly oxidizing species such as OH• in the presence of water and dioxygen, under irradiation of some semiconducting solids like titania (TiO2). The targeted objective for this PhD work is the development of efficient photocatalytic filters to be implemented in hybrid processes coupling separation and photodegradation. The innovative route investigated for preparing such photocatalytic filters is based on the use of a bio-based polymer, i.e. the cellulose, both as reactant (oxygen source) and mechanical support for the growth of titania nanoparticles from titanium tetrachloride. The first part of the thesis is dedicated to a literature review mainly focused on membrane and hybrid processes, on titanium dioxide and its photocatalytic properties and on the chemical, structural, microstructural and thermal behaviour of cellulose. After a description of the experimental procedures, the second part of this manuscript is first dedicated to the presentation and the discussion of the experimental results on the preparation and characterization of pure titania powders and of TiO2-carbon composite powders. The effect of titania doping by different transition metals in order to improve its functional properties is then examined. Simplification of the synthesis process by removing any is described in the next chapter. From the previously developed know-how on synthesis and photocatalytic performance, the last chapter is devoted to preliminary work on the preparation of photocatalytic filters and on the assessment of their functional properties
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Chiari, Lucile. "Développement de nouveaux systèmes bio-hybrides pour la photocatalyse asymétrique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAV029.
Full textAbstract:
Au cours des dernières décennies, le développement d'une chimie durable est devenu une priorité pour notre société Dans ce contexte, la biocatalyse, par l’utilisation d’enzymes naturelles, modifiées ou artificielles constituées d’un catalyseur de synthèse greffé au sein d’une protéine apparait comme une solution intéressante.Dans ce projet, nous cherchons à développer des photocatalyseurs bio-hybrides combinant un photosensibilisateurs (RuPhot) et un catalyseurs (RuCat) au sein d'un cristal protéique pour la photocatalyse hétérogène d’oxydation asymétrique de substrats organiques en utilisant l’eau comme seule source d’atome d’oxygène. La protéine sélectionnée est le domaine d'oligomérisation de la protéine Leafy du Ginkgo biloba. Cette protéine est capable de générer des structures poreuses par auto-assemblage. A l'intérieur des tubes, une chaîne peptidique d'environ 30 acides aminés par monomère est présente et servira de plateforme de greffage. Trois systèmes hybrides cristallins avec RuPhot et RuCat seuls ainsi qu’avec une combinaison des deux ont été obtenus. La mise au point des techniques de caractérisation a été faite sur l’hybride RuCat apportant des informations intéressantes sur la cinétique et la sélectivité du greffage ainsi que sur une modification du catalyseur intervenant au cours du greffage. Les études réalisées sur l’hybrides RuPhot ont quant à elles montrées qu’il était possible, comme cela était planifié de greffer plusieurs chromophores par protéine et de pouvoir bénéficier ainsi d’un effet d’antenne pour une efficacité maximisée. Les études catalytiques pour l'oxydation des sulfures et des alcènes sont en cours.Dans un tout autre domaine, 16% de cette thèse a été consacré à un contrat de doctorat conseil auprès de l'entreprise NMRBio. L'objectif était de développer de nouvelles voies de synthèses de composés marqués par des isotopes stables en vue d'études structurales et dynamiques de protéines par RMNFor the last decades the development of sustainable chemistry became a priority for our society. In this context, biocatalysis appears to be an interesting solution, through the use of natural, modified or artificial enzymes consisting of a synthetic catalyst grafted into a protein.In this project, we aim to develop bio-hybrid photocatalysts combining a photosensitizer (RuPhot) and a catalyst (RuCat) within a protein crystal for heterogeneous asymmetric oxidation photocatalysis of organic substrates using water as the only source of oxygen atoms. The selected protein is the oligomerization domain of the Leafy protein of Ginkgo biloba. This protein is able to generate porous structures by self-assembly. Inside the tubes, a peptide chain of about 30 amino acids per monomer is present and it will serve as grafting platform. Three crystalline hybrid systems were obtained with RuPhot and RuCat alone as well as a combination of the two. The characterization was carried out on the RuCat hybrid providing interesting information on the kinetics and selectivity of grafting as well as on a modification of the catalyst during grafting. The studies carried out on the RuPhot hybrids have shown that it was possible, as planned, to graft several chromophores per protein and thus benefit from an antenna effect for maximum efficiency. Catalytic studies for the oxidation of sulphides and alkenes are underway.In a completely different field, 16% of this thesis was devoted to a doctoral consulting contract with the company NMRBio. The objective was to develop new pathways for the synthesis of stable isotope-labelled compounds in order to perform structural and dynamic NMR studies in proteins
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Kribeche, Mohamed El Amine. "Dégradation photocatalytique des composés organiques en solution aqueuse en présence de TiO₂ et des oxydes de fer : influence des acides carboxyliques." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT140.
Full textAbstract:
Cette étude s’inscrit dans le cadre de la dépollution de l’eau, elle a eu pour but d’examiner la dégradation photocatalytique d’herbicides phénylurées en solution aqueuse à pH acide, en présence d’un oxyde de fer naturel et d’acides carboxyliques. L’oxyde de fer naturel a été caractérisé par spectroscopie Raman, l’identification des produits de dégradation du fénuron et la proposition d’un mécanisme de dégradation ont été réalisées. Deux types d’irradiation ont été utilisés, i.e. l’irradiation solaire naturelle et l’irradiation par des UV générés par des lampes à vapeur de mercure. La photodégradation du fenuron en présence d’oxyde de fer naturel et l'acide oxalique obéit à une loi du premier ordre, les conditions expérimentales optimales pour ce système étaient [acide oxalique]0 = 10-3 M, [Hématite naturelle] = 0.1 g L-1 ; pH = 3. Le temps de demi-vie du fenuron est court (60 32 min) mais les résultats sont meilleurs sous irradiation solaire naturelle (30 15 min). L'acide oxalique est l’acide carboxylique le plus efficace en photodégradation du fénuron (disparition totale), l’ordre d’efficacité varie ainsi : acide oxalique > acide citrique > acide tartrique > acide malique. L’étude analytique de la dégradation du fénuron par ce procédé a permis l’identification de huit photoproduits aromatiques, de trois acides carboxyliques à courte chaîne de carbone et des ions inorganiques. Ce travail a permis de mettre en évidence le rôle de l’oxygène dissous dans le processus de dégradation du fenuron par le procédé de photo-Fenton-like, le processus ne peut pas avoir lieu en milieu désoxygéné car aucune production de H2O2 n’a été observée sous irradiation UV. L’oxygénation du milieu permet d’améliorer la capacité oxydative du procédé et d’augmenter le taux de minéralisation du carbone organique totale. En effet l’oxygénation du milieu augmente indirectement la production des radicaux hydroxyles par augmentation de la production de H2O2. Il a été mis en évidence pendant l’étude quantitative que l’oxygène était le réactif le plus consommé par ce procédé. Le traitement de la solution contenant 10-4 M de fenuron et 10-3 M d’oxalate a permis de réduire significativement la toxicité de la solution initiale après 360 minutes d’irradiationThe photodegradation of the herbicide phenylurea by using a natural iron oxide (NIO) α-Fe2O3 in aqueous solution at acidic pH has been undertaken. The NIO was characterized by the Raman spectroscopy method. The degradation pathways and the formation of by-products were studied. A high-pressure mercury lamp and sunlight were employed as light source. Fenuron photodegradation using NIO with oxalic acid followed the pseudo-first order kinetics, the optimal experimental conditions were [oxalic acid]0 = 10−3 M and [NIO] = 0.1 g L−1 at pH 3. NIO/oxalic acid/UV system led to a low fenuron half-life (32 min). The results were even better when solar light is used (15 min). The effect of four carboxylic acids; oxalic, citric, tartaric and malic acids on the degradation efficiency was studied. Oxalic acid was the most effective carboxylic acid used on the fenuron photodegradation with NIO at pH 3. The analytical study showed many aromatic intermediates, short-chain carboxylic acids and inorganic ion.The role of dissolved oxygen (DO) in degradation and mineralization of fenuron in the photo-Fenton-like system by using the NIO was also studied; the NIO was used as an iron source. The DO effect has been elucidated by carrying out experiments with and without oxygen, it has been found that the degradation and mineralization rate were strongly affected by change in DO concentration. In absence of oxygen, there is no photo-Fenton-like because of the lack of hydrogen peroxide, the degradation was caused only by the photo-reduction of Fe(III) complex in this case. Oxygenation improved the hydrogen peroxide production under irradiation. The mass balance of the reactive species showed that dissolved oxygen was the main reactive consumed during the process. The toxicity decrease with irradiation time proves that the intermediates generated during photo-oxidation by the photo-Fenton-like system by using a NIO are less toxic than fenuron
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Vaisman, Elena. "Characterization of composite photocatalysts." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 2000. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk1/tape3/PQDD_0015/MQ49661.pdf.
Full text
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Yatmaz, Huseyin Cengiz. "Photocatalysis of organic effluents." Thesis, University of Newcastle Upon Tyne, 1993. http://hdl.handle.net/10443/271.
Full textAbstract:
Heterogeneous photocatalytic oxidation is a relatively new technology for the destruction of toxic organic substances in water and so far has concentrated on reaction mechanisms and kinetics, but the engineering side was hardly touched. In this study a detailed investigation for suitable reactor design has been carried out using three different reactor types. An annular photoreactor was used with two different lamps with different intensities; low pressure and medium pressure mercury lamps. Two types of Ti02 powder catalysts Degussa P-25 and Tioxide PCi were used as slurry solutions and Degussa P-25 was found more photocatalytically active than the other. Two main organic reactants salicylic acid and 4-chlorophenol were studied to assess the light intensity effect. Although better reaction rates were achieved with the higher intensity medium pressure lamp, quantum yield results showed that low pressure lamp photons were utiised more effectively. The falling film reactor (FFR) was used to increase the light intensity utilisation with the stronger medium pressure lamp and using the same reactants in slurries catalysts Degussa P-25 gave superior results to those in annular reactor. Because of the thin film characteristics, FFR provided good oxygen transfer at the film/air interface. A commercial supported catalyst system as a fibre glass gauze was also used inside the reactor and was found as effective as slurry systems. In order to improve the thin film characteristics and combine these with an immobiised catalyst, a spinning disc reactor (SDR) with catalyst coated borosilicate disc was used to degrade aqueous solutions of 4- chlorophenol and salicylic acid. It was found that the efficiency of the photocatalyst process was dependent upon the type of UV source used. Lamps supplying shorter wavelength UV radiation were found to be more efficient than those whose emissions lay mainly in the near UV region. The method used to coat the disc of the SDR does not appear to meet its operational requirements.
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Kent, Laura. "Photocatalysts for water purification." Thesis, University of Surrey, 2018. http://epubs.surrey.ac.uk/850035/.
Full textAbstract:
Advanced water purification methods are required to answer the growing demand for clean water throughout the world. Current methods of removing the pollutants rely on moving the pollutants from one place to another rather than breaking them down. The use of advanced oxidative processes (AOPs) presents a highly effective opportunity to achieve the full mineralisation of pollutants without the added cost of regeneration methods. Photocatalysts, such as titanium dioxide and zinc oxide, can be used as AOPs when activated by electromagnetic radiation in the form of ultraviolet and visible light. To facilitate the activation with visible light, titanium dioxide doped with rare earth elements was produced via a sol gel method. Both single doped and co-doped systems were investigated with efficiency determined by the percentage of degraded methylene blue over 48 hours under ultraviolet filtered visible light. The incorporation of rare earth ions restricted the growth of the more active anatase phase and the method produced highly agglomerated, sintered nano particles which exhibited as micron sized particles. The highest methylene blue removal rate achieved in 48 hours for a single doped system was 70% for the 1 mol% yttrium doped titanium dioxide. This was improved further on inclusion of 1 mol% praseodymium which showed an 86% removal of methylene blue over the same time period. The coating of known up-converting phosphors with the successfully developed doped titanium dioxide was investigated. Yttrium silicate doped with praseodymium and lithium, was found to be the most successful known phosphor when used with the commercially available P25 titanium dioxide. When coated with the doped titanium dioxide shell at a 2:1 ratio of phosphor to titanium dioxide, a methylene blue degradation of 94% was reached. Initial tests on the coating of titanium dioxide with the known up-converting phosphor showed that methylene blue was absorbed rather than broken down so was not developed further. An investigation into the incorporation of zinc oxide, both pure and doped with the same successful titanium dioxide system was carried out. Zinc oxide shells were coated onto doped titanium dioxide, the known up-converting phosphor and the doped titanium dioxide coated known phosphor. The crystalline form of zinc oxide was inhibited by the incorporation of rare earth ions, as with the titanium dioxide system, and from the thickness of the zinc oxide shell. The highest degradation achieved was a 91% removal rate for the ZnO-PrY:TiO2-PrY:Y2SiO5-Pr,Li core shell shell structure indicating there was no further improvement on incorporation of zinc oxide, either doped or un-doped.
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O'Rourke, Christopher. "Photocatalysis for organic synthesis." Thesis, Queen's University Belfast, 2014. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.675420.
Full textAbstract:
A wide range of commercially available self-cleaning materials/products are now available, from architectural materials, such as; glass, paint, plastics, and concrete, to water and air purification systems. These products exploit the destructive oxidative nature of SPC to purify air and water. In contrast, this thesis introduces the less well studied use of SPC to mediate the synthesis of a range of useful organic species, and aims to develop a fast screening process for monitoring such reactions to aid future developments in SPC mediated organic synthesis. It is demonstrated that NMR is a very effective way to monitor SPC mediated organic reactions. By coating the inside of an NMR tube with a sol-gel titania film, and performing SPC reactions in-situ, inside a sealed NMR tube on a 1 mL scale, the need for sample-taking and pre-treatment is negated. The small scale also allows for much faster reaction times. For example, it is shown for the SPC oxidation of toluene, that the use of this NMR/sol-gel titania method is ca. 10 times faster than the more conventional large scale (100 mL) reaction utilising a titania dispersion, whilst still providing similar product yields, thus, demonstrating a new rapid screening method for SPC mediated organic synthesis reactions. Using the new fast screening NMR tube method, the SPC C-C coupling of phenoxyacetic acid (PAA) with N-methylmaleimide (NMI) to produce adduct and cyclic products in yields up to 67% and 15% respectively after only 15 min of UVA irradiation was assessed in detail. Despite the well-known photochemical feature of NMI to form dimers efficiently, the background photochemistry and photocatalysis associated with the individual reactants are shown to be minimal due to the faster SPC kinetics for the coupling reaction. Acrylamide (ACM) was also used in the SPC C-C coupling with PAA, gaving rise to only one product, 4-phenoxybutanamide, in high yields (78%). This efficient reaction was then used to assess the robustness and reusability of the titania coated NMR tubes.
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Trofimovaite, Rima. "Nanostructured promoted titania photocatalysts." Thesis, Aston University, 2018. http://publications.aston.ac.uk/37498/.
Full textAbstract:
Concern over the economics of accessing fossil fuel and widespread acceptance of the anthropogenic origin of rising CO2 emissions and associated climate change is driving academic and commercial research into new routes to sustainable fuels, to meet the demands of a rapidly rising global population and reduce an impact on the environment. The titania oxide semiconductor has attracted a great interest as a photocatalyst for wide-ranging applications including wastewater depollution, solar fuels via both H2 production and CO2 reduction. Tailoring the physicochemical properties of titania photocatalysts, and their resulting reactivity, in a predictable fashion remains challenging. The thesis explores the impact of thermal processing, macroporosity and metal deposition on the surfactant-templated mesoporous TiO2 and dual soft-hard templated macro-mesoporous TiO2 series and resulting activity in aqueous phase photocatalytic dye degradation, H2 production and CO2 reduction reactions. Control over the structural and photophysical properties of mesoporous titania enables systematic tuning of Methyl Orange photocatalytic depollution and H2 evolution. Hierarchical macro-mesoporous titanias exhibit uniform mesopores with macropore diameters that can be systematically tuned between 140-310 nm, resulting in a close-packed, ordered macropore framework. Hierarchically-structured TiO2 display two fold increase in photoactivity relative to mesoporous counterparts in the H2 production. Ultra-low concentrations (0.02-0.1 wt%) of copper introduced into the mesoporous and macro-mesoporous titania surfaces by wet-impregnation enhance activity for dye degradation by six fold, and for H2 production four fold, through the genesis of isolated Cu (I) species which suppress charge recombination. Furthermore, promotion with Pt increases photocatalytic activity in Methyl Orange degradation by eleven fold, H2 production 16-26 times and are the only series which display activity in the CO2 reduction reaction. Moreover, the impact of the macropore diameter on the activity of the Methyl Orange degradation is observed for Cu and Pt promoted macro-mesoporous TiO2 series. Nanostructured promoted titanias offer an insight into the relative importance of physicochemical and electronic properties upon their associated activity together with significantly enhanced photocatalytic performance.
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Cornu, Catherine J. G. Hoffmann Michael R. "Photocatalysis under periodic illumination." Diss., Pasadena, Calif. : California Institute of Technology, 2002. http://resolver.caltech.edu/CaltechETD:etd-05082006-143046.
Full text
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Daniel, Lisa Maree. "Laponite-supported titania photocatalysts." Thesis, Queensland University of Technology, 2007. https://eprints.qut.edu.au/16669/3/Lisa_Daniel_Thesis.pdf.
Full textAbstract:
This thesis describes the synthesis and characterisation of titania photocatalysts for incorporation into a polyethylene film. Monodisperse, anatase-phase titania nanoparticles are prepared and the synthesis conditions necessary for attraction to a laponite clay support are determined. Methods of preventing agglomeration of the laponite system such as the use of a polyethylene oxide surfactant or chemical modification of the laponite plate edges with a dimethyloctyl methoxysilane are also explored. Finally, photocatalytic studies on the laponite-supported titania nanoparticles are performed, and the compatibility and photoactivity of these materials in the polyethylene film are examined.
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Daniel, Lisa Maree. "Laponite-supported titania photocatalysts." Queensland University of Technology, 2007. http://eprints.qut.edu.au/16669/.
Full textAbstract:
This thesis describes the synthesis and characterisation of titania photocatalysts for incorporation into a polyethylene film. Monodisperse, anatase-phase titania nanoparticles are prepared and the synthesis conditions necessary for attraction to a laponite clay support are determined. Methods of preventing agglomeration of the laponite system such as the use of a polyethylene oxide surfactant or chemical modification of the laponite plate edges with a dimethyloctyl methoxysilane are also explored. Finally, photocatalytic studies on the laponite-supported titania nanoparticles are performed, and the compatibility and photoactivity of these materials in the polyethylene film are examined.
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Boichard, Benoît. "Synthèse et mise en forme de matériaux nanostructurés pour la photosensibilisation de réactions d’oxydoréduction." Thesis, Rennes 1, 2015. http://www.theses.fr/2015REN1S048/document.
Full textAbstract:
La perspective d'une société utilisant l'énergie de la lumière du soleil pour séparer la molécule d'eau en dihydrogène et en dioxygène, ces deux gaz servant de moyens de stockage et de vecteurs d'énergie, nécessite de nombreux développements. En particulier, il est nécessaire de choisir un matériau pouvant absorber la lumière et transférer son énergie aux charges électriques afin de générer un courant électrique. Parmi toutes les possibilités, ce mémoire étudie l'applicabilité des bâtonnets semiconducteurs de tailles nanométriques constitués d'un cœur de séléniure de cadmium et d'une coquille de sulfure de cadmium. Profitant des méthodes décrites ces dernières années et d'une méthodologie de fonctionnalisation, les objets obtenus présentent une grande monodispersité et peuvent être dispersés en milieu aqueux. Les propriétés photoélectrochimiques des nanobâtonnets sont explorées par microscopie électrochimique. Cette méthode permet de déterminer s'il y a un transfert de charge entre des molécules en solution et un substrat constitué des bâtonnets, et le cas échéant son sens. Ainsi les nanoparticules, soumises à une excitation lumineuse, transfèrent des électrons vers les molécules dans l'ensemble des cas explorés, révélant ainsi un caractère plus réducteur que la para-benzoquinone. Ce transfert est réalisé d'autant plus rapidement que le rapport entre la longueur et le diamètre des bâtonnets augmente, jusqu'à un optimum, mais aussi que la taille de la couche organique isolante les recouvrant diminue, comme l'ont révélé des suivis de réduction d'une sonde rédox moléculaire colorée, la résazurine. Ces charges ont été mises à profit pour fonctionnaliser les nanoparticules, au travers de la réduction d'un pont disulfure ou d'un sel d'or. Enfin des stratégies ont été explorées pour permettre aux particules de réaliser la réduction photosensibilisée de l'eau, au travers de la synthèse d'une cobaloxime, un catalyseur moléculaire, ou de la réduction de sels métalliques à propriété catalytique tels que le cobalt et le nickelThe development of a society based on solar energy requires a way to store it. One possibility consists in water splitting that needs a material to collect and transform the energy contained in light beam in an electric charges movement. Among all possibility, we hereby explore the applicability of nanometers-sized semiconductor rods composed of a cadmium selenide core and a cadmium sulfide shell. Based on methods already developed and a new functionalization methodology, the obtained particles exhibit a high monodispersity and can be dispersed in water, a useful property for the final purpose. Their photo-electrochemical properties have been explored by electrochemical microscopy that allowed to determine whether there is charge transfer between mediators in solution and quantum rods deposited as substrate and its direction. It reveals that under light irradiation and in all cases herein experimented, they transfer electrons to the mediators, making them more reductive than para-benzoquinone. This transfer is fastened when the ratio between the length and the diameter of the rods increased until an optimum, but also when the width of the organic isolating shell decreases, as revealed by time-resolved reduction of resazurin, a colored rédox molecular probe. These charge transfer have been used to functionalize particles by reduction of a disulfide bridge or a gold salt. Finally, strategies have been explored to make these quantum rods able to photosensibilized water reduction through synthesis of a cobaloxime, a molecular catalyst, or metal salt reduction as cobalt and nickel known to exhibit catalytic activity
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Pigeot-Rémy, Stéphanie. "Étude des cibles bactériennes du procédé photocatalytique : devenir des bioaérosols dans les filtres photocatalytiques." Thesis, Lyon 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LYO10014.
Full textAbstract:
La qualité de l’air que nous respirons à l’intérieur des espaces clos est devenue une préoccupation environnementale majeure. Il est aujourd’hui avéré que la présence de microorganismes dans l’air intérieur peut avoir des conséquences néfastes sur la santé humaine. Les systèmes de ventilation, lorsqu’ils sont mal entretenus, peuvent être eux-mêmes la source de bioaérosols suite à la contamination de leurs filtres. Afin de pallier ce problème, des filtres photocatalytiques ont été développés et testés dans des centrales de traitement d’air (CTA). Ce projet de thèse s’intéresse donc au devenir des microorganismes aérosolisés dans des filtres photocatalytiques. La première étape a consisté à étudier les mécanismes de dégradation par photochimie et photocatalyse d’une bactérie modèle, Escherichia coli (E. coli), en suspension dans l’eau sous irradiation UV-A ou UV-C. Ces deux traitements sont plus efficaces sous UV-C et engendrent des dommages oxydatifs au niveau de la membrane externe et des acides nucléiques bactériens. Le dosage de sous-produits chimiques permet de conclure que la photocatalyse UV-C est plus efficace pour dégrader irréversiblement les bactéries. La seconde étape a été consacrée à l’étude de l’inactivation de spores d’Aspergillus niger et de bactéries E. coli dans les filtres Ahlstrom. Nos résultats confirment l’intérêt d’utiliser des filtres photocatalytiques dans les CTA en comparaison avec les filtres non photocatalytiques. L’utilisation de filtres à haute efficacité, afin d’optimiser le temps de contact entre les microorganismes et le dépôt de dioxyde de titane, permet d’augmenter l’efficacité de dégradation du procédé photocatalytiqueIndoor Air Quality (IAQ) has become of particular concern from an environmental and health and safety point of view. It is now proven that the presence of microorganisms in indoor air can have hazardous consequences on human health. HVAC systems, when poorly maintained, can themselves become source of bioaerosols when their filters are contaminated. To tackle this issue, photocatalytic filters have been developed and tested within HVAC systems. The aim of this PhD thesis is to look at the behaviour of microorganisms aerosolized through photocatalytic filters. The first step consisted of analysing the photochemistry and photocatalysis degradation mechanisms of a model bacterium, Escherichia coli (E. coli), in suspension in water under UV-A or UV-C radiation. These two treatments were proven to be more efficient under UV-C radiation and led to oxidative damages to outer membrane and nucleic acids. The measurement of chemical by-products allowed us to conclude that UV-C photocatalysis is more effective in damaging bacteria in an irreversible manner. The second step focused on the analysis of the inactivation of Aspergillus niger spores and E. coli bacteria within Ahlstrom filters. Our results confirm the benefits of using photocatalytic filters in HVAC systems instead of non-photocatalytic filters. The use of high efficiency filters to optimise the contact between the microorganisms and the titanium dioxide deposit, allows an increase in the damaging efficiency of the photocatalytic process
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Fausti, Giovanni. "Towards new approaches for the generation of phosphorus based radical : synthetic and mechanistic investigations." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMC271/document.
Full textAbstract:
Cette thèse rapporte trois modes d'activation complémentaires pour la génération de radicaux à base de phosphore, qui ont été utilisés pour la synthèse de composés organophosphorés.Tout d’abord, nous avons décrit une génération photocatalytique de radicaux phosphinoyle en utilisant le sel d'acridinium, le perchlorate de 9-mésityl-10-méthylacridinium connu sous le nom de catalyseur de Fukuzumi, en tant que photocatalyseur, et triflate de diphényliodonium comme photo-oxydant externe. Ce système purement organique nous a permis d'obtenir la première hydrophosphinylation sans métal des alcènes. Plusieurs enquêtes mécaniques, telles que la résonance paramagnétique électronique (EPR), la photolyse laser, la fluorescence et les quantum yields measurements ont été utilisées pour comprendre les facteurs qui régissent cette photoréaction.Dans le chapitre suivant, la formation de complexes Electron-Donor-Acceptor (EDA) entre les oxydes de phosphine secondaires et l'ion diphényliodonium a été utilisée pour générer un radical phosphinoyle sous irradiation bleue. Des études expérimentales et théoriques combinées ont été utilisées pour élucider la formation de complexes d'EDA. Cette stratégie a ensuite été utilisée pour décrire l'hydrophosphinylation des alcènes.Le dernier chapitre rapporte une méthode légère sans métal pour la synthèse d'oxindoles phosphorylés, qui sont des composés pharmaceutiques potentiellement actifs. La portée et les limites de cette approche ont été discutées avec des enquêtes mécanistiques préliminairesThis Thesis reports three complimentary modes of activation for the generation of phosphorus based radicals, which have been employed for the synthesis of organophosphorus compounds.We have first described a photocatalytic generation phosphinoyl radicals by using the acridinium salt, 9-mesityl-10-methylacridinium perchlorate known as Fukuzumi’ catalyst, as a photocatalyst and diphenyliodonium triflate as an external photooxidant. This purely organic system allowed us to achieve the first metal–free hydrophosphinylation of alkenes. Several mechanistic investigations, such as Electron Paramagnetic Resonance (EPR), Laser Flash Photolysis, fluorescence quenching and quantum yields measurements have been employed to understand factors governing this photoreaction.In the subsequent chapter, the formation of Electron–Donor–Acceptor complexes (EDA) between secondary phosphine oxides and the diphenyliodonium ion has been used to generate phosphinoyl radical under blue irradiation. A combined experimental and theoretical investigations have been used to elucidate the formation of EDA complexes. This strategy has then been employed to describe hydrophosphinylation of alkenes.The last chapter reports a metal–free visible light mild method for the synthesis of phosphorylated oxindoles, which are potentially active pharmaceutical compounds. Scope and limitations of this approach have been discussed along with preliminary mechanistic investigations
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Zambon, Adrien. "Modèles chimiques du nitrure de carbone graphitique : lien structure-propriétés." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAV024/document.
Full textAbstract:
Le nitrure de carbone graphitique (gCN) est un semi-conducteur organique ayant dernièrement attiré l'attention par sa capacité à photocatalyser la séparation de l'eau. Il a récemment été montré que le gCN était un polymère basé sur le cycle heptazine C6N7, mais son arrangement tridimensionnel reste encore très peu connu. En effet, sa faible solubilité empêche l'utilisation des techniques de caractérisation classiques, et le terme gCN recouvre en réalité une large gamme de composés différents, selon les conditions de synthèse utilisées (choix du précurseur, température…). L'obtention de modèles moléculaires, de structures maîtrisées et bien définies, serait donc d'une grande aide dans la compréhension du lien structure-propriétés. Ceci est le but des travaux présentés dans ce manuscrit. La réactivité du chlorure de cyaméluryle, un précurseur monomérique, a été étudiée, et un protocole de substitution sélective quantitative par les amines secondaire aliphatique a été déterminé. L'utilisation de synthèses par déprotonation ou par activation thermique ont permis l'obtention de deux dimères et d'un trimère linéaire solubles. Les oligomères synthétisés ont été caractérisés par de nombreuses techniques (diffraction des rayons X, RMN, IR, absorption UV-vis, fluorescence, électrochimie), et les valeurs obtenues ont été corroborées à celle obtenues par DFT. De façon générale, une diminution des énergies des transitions électronique est observée quand la taille de chaîne augmente, et l'application de méthodes d'extrapolation suggère que les oligomères linéaires sont des bon modèle moléculaire du gCNGraphitic carbon nitride (gCN) is an organic semi-conductor which has lately attracted a lot of attention when its photocatalytic properties were highlighted for water splitting. It has been recently shown to be based on the heptazine core, but its three-dimensional structure remains elusive. This is first due to its poor solubility which prevents the use of classical characterization techniques, and second to the fact that changes in synthesis experimental conditions (precursors, temperature…) yield different materials. The synthesis of tailored and well-defined molecular models would therefore certainly be of great interest to better understand the structure-properties relationship of this material. This is the aim of the work presented in this manuscript. The reactivity of cyameluryl chloride, a monomeric precursor, has been studied, and a protocol for a quantitative selective substitution by aliphatic secondary amines has been determined. The use of deprotonation by a strong base or thermal treatment yielded two dimers and one linear trimer. The oligomers have been characterized by several technique (X-ray diffraction, NMR, IR, UV-vis absorption, emission, electrochemistry), and the obtained data were in close agreement to the ones observed in DFT. As a rule of thumb, a decrease of the electronic transition energies is observed for an increasing chain length. The application of extrapolation methods to the experimental data suggests that oligomers are relevant molecular models for gCN
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Hérissan, Alexandre. "Étude par Time Resolved Microwave Conductivity de photocatalyseurs pour la dépollution de l’eau." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLS097/document.
Full textAbstract:
La photocatalyse se base sur l’excitation d’un semi-conducteur par des photons d’énergie supérieure ou égale à son gap, générant des paires électron-trous. Celles-ci sont très réactives et susceptibles de réagir à l’interface pour réaliser par exemple l’oxydation totale d’un composé organique. Cette méthode peut être appliquée sur des eaux usées pour éliminer totalement les polluants organiques qui y sont présents. Dans la perspective d’une utilisation du soleil comme source de lumière, cette méthode peut s’avérer très économique et écologique pour le traitement de l’eau.L’interaction lumière-semi-conducteur et la dynamique des porteurs de charge sont des processus physico-chimiques primordiaux pour la photocatalyse, et il est nécessaire de bien les comprendre pour maîtriser le procédé et développer des matériaux plus efficaces. La Time Resolved Microwave Conductivity (TRMC) est une technique qui se base sur la réflexion des micro-ondes sur un semi-conducteur excité qui est directement reliée avec le nombre de porteurs de charge photo-générés. Il s’agit d’un moyen de sonder en temps réel la dynamique des porteurs de charge dans les semi-conducteurs.Ce travail s’inscrit dans le cadre du projet ANR PhotoNorm. Il consiste en une étude par TRMC de dioxyde de titane TiO2 utilisé pour la dépollution de l’eau par photocatalyse. Une partie de cette étude concerne la caractérisation des propriétés opto-électroniques des matériaux, pour lesquels la dynamique des porteurs de charge sera comparée à l’activité photocatalytique. L’effet bénéfique en photocatalyse de la déposition de nanoparticules d'or, d'argent ou bimetallique or-cuivre sur des TiO2 commerciaux sera relié à une capture d’électrons libres observée en TRMC. L’effet bénéfique sur la photocatalyse en lumière visible a été relié à une injection d’électrons dans le TiO2 par des nanoparticules de bismuth. L’autre partie de ce travail consiste en une étude plus fondamentale de la dynamique des porteurs de charge dans des TiO2 commerciaux ou synthétisés dans le cadre du projet PhotoNorm. Il y sera montré l’importance de la longueur d’onde et de l’intensité d’excitation du matériau sur le rendement de génération de porteurs de charge. L’importance des effets de surface et de l’environnement seront aussi mis en évidence de plusieurs façons. La première consiste simplement en un traitement chimique de la surface (lavage), qui peut avoir une grande influence à la fois sur la dynamique des porteurs de charge et sur la photocatalyse, sûrement en lien avec la présence d’impuretés de surface. La seconde consiste à imprégner le TiO2 par des colorants organiques présentant une forte absorption en lumière visible. Les mesures de TRMC sur ces systèmes permettent de mettre en évidence l’interaction entre le semi-conducteur et les molécules extérieures adsorbées à sa surface, notamment l’injection d’électrons du colorant excité vers le semi-conducteur, mais aussi des effets de recombinaison accrus. La troisième méthode consiste à modifier l’atmosphère de travail en TRMC. Il y est observé notamment l’importance de l’oxygène sur la dynamique des porteurs de charge, et notamment les effets de captures d’électrons, phénomènes qui entrent en jeu dans le processus de photocatalyse.Au final, la TRMC s’avère être un bon moyen d’étude de la durée de vie des porteurs de charge dans les semi-conducteurs, qui peut permettre de mieux comprendre les processus fondamentaux associés à la photocatalyseThe photocatalysis is based on the excitation of semiconductor by photons with an energy superior or equal to the gap, generating electron-hole pairs. These are very reactive and able to react at the interface, involving for exemple the total oxidation of an organic compound. This method can be used on wastewater to eliminate the organic pollutants. With a view to use the sun as a light source this method may become an economical and ecological way for the water treatment. Light interaction between light and semiconductor and the charge-carrier dynamics are fundamental processes for photocatalysis and it is necessary to understand them in order to manage with this process and develop more efficient materials. The Time Resolved Microwave Conductivity (TRMC) is a method based on the reflexion of microwaves on an excited semiconductor which is linked to the number of photo-generated charge-carriers. This method allows us to probe in real time the charge-carrier dynamics in semiconductor. This work is included in the ANR Photonorm project. It consists in a TRMC study on titanium dioxyde TiO2 used for water depollution by photocatalysis. One part of this study consists in the characterization of the opto-electronic properties of materials for which the charge-carrier dynamics will be compared with the photocatalytic activity. The beneficial effect of nanoparticles deposition of gold, silver or gold-copper bimetallics on commercial TiO2 will be linked to the observation of free electrons observed by TRMC . The beneficial effect on photocatalysis in visible light was linked to an electron injection in TiO2 by bismuth nanoparticles. The second part of this work consists in a more fundamental study of charge-carrier dynamics on commercial or synthetized for the Photonorm project. I will be shown the importance of excitation wavelength and intensities on charge carrier generation. The importance of surface effect and environment will be emphasized by several ways. The first one just consist in surface treatment which can have a major importance on charge-carrier dynamics and photocatalysis, probably in connection with the presence or not of impurities on the surface. The second way consists in impregnating TiO2 by organic dyes which show a strong visible light absorption. The TRMC measurements highlight the interaction between the adsorbed molecules and the semiconducteur, including the electron injection from the excited dye to the TiO2 but also an increased recombination effect. The third method consist in modified the working atmosphere in TRMC. The major role of oxygen is so observed on charge-carrier dynamics, with an effect of electron capture, involving in photocatalytic mechanism.Finally TRMC proves to be a convenient method for studying charge-carrier dynamics in semiconductors, which allow a better understanding of fundamental processes bound to photocatalysis
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Pang, Rui. "Development of Novel Photocatalysts and Co-catalysts for Photocatalytic Conversion of CO2 by H20." Kyoto University, 2019. http://hdl.handle.net/2433/242527.
Full text
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Koumeir, Diala. "Élimination des oestrogènes par Ozonation et Photocatalyse : cas de l’éthinylestradiol." Thesis, Lyon 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LYO10285.
Full textAbstract:
Actuellement, les systèmes d’épuration des eaux n’ont pas été conçus pour éliminer les substances médicamenteuses notamment les hormones (estrogènes). Ces molécules sont ainsi déversées dans le milieu naturel et contaminent les rivières. Le 17 α-éthinylestradiol a été choisie comme molécule modèle pour illustrer la présence d’un perturbateur endocrinien dans une eau résiduaire. Cette molécule présente un réel risque pour la faune et la flore (Féminisation des poissons mâles, diminution de la reproduction…). L’objectif de ce travail est d’évaluer l’efficacité de la photocatalyse et de l’ozonation pour éliminer l’Ethinylestradiol dans les eaux. Le procédé d’oxydation utilisant l’ozone a été appliqué dans un premier temps sur des solutions concentrées d’éthinylestradiol (EE2 = 10 mg/L) préparées dans une eau ultrapure tamponnée afin de mieux comprendre les mécanismes d’élimination de ce composé et d’évaluer l’efficacité en terme de taux de conversion de EE2 et de la minéralisation du substrat. Les expériences réalisées ont permis de montrer que l’ozone est un oxydant très efficace pour oxyder l’éthinylestradiol. L’oxydation se fait essentiellement par réaction directe de l’ozone sur la molécule d’EE2 alors que sa minéralisation nécessite la conversion de l’ozone en radicaux hydroxyles qui vont ensuite réagir sur la structure saturée de la molécule organique. L’étude de l’ozonation de solutions EE2 à différentes concentrations a permis d’établir une relation entre la concentration initiale en polluant dans l’eau et la dose d’ozone à introduire pour éliminer ce composé à un pH proche de la neutralité. Cette relation a été utilisée pour estimer la dose d’ozone à appliquer pour une eau contaminée par EE2 à une concentration proche de celle rencontrée dans les eaux résiduaires et comparée à celle obtenue sur une eau provenant de la station d’épuration du Bourget du Lac. L’efficacité du procédé photocatalytique a été évaluée en travaillant sur les vitesses de disparition et de minéralisation de EE2 en présence de TiO2 «Degussa P25» et TiO2 PC500. Les cinétiques d’adsorption et de dégradation photocatalytiques ont été évaluées dans une gamme de concentration allant de 1 à 10 mg/L en travaillant à différentes masses de photocatalyseur. Les constantes d’adsorption et de vitesse, modélisés avec les modèles de Langmuir et Langmuir-Hinshelwood respectivement révèlent, (1) des propriétés d’adsorption et de photocatalyse plus importante pour le photocatalyseur TiO2 «Degussa P25», (2) des constantes d’adsorption différentes en présence ou en absence d’irradiation et aucune proportionnalité entre quantité de EE2 adsorbée et concentration en photocatalyseur. Cette absence de corrélation est expliquée en considérant la taille des particules. La formation d’agrégats de plus en plus important est observée en augmentant la masse de TiO2. La minéralisation de EE2 est totale après moins d’une heure d’irradiation en travaillant avec une puissance lumineuse de 5,5 mW/cm2 et 10 mg/L de EE2 indiquant l’efficacité de ce procédéCurrently, systems for water treatment have not been designed to eliminate drug substances such as hormones (estrogen). These molecules are thus discharged into the environment and contaminate rivers. The 17 α-ethinylestradiol has been chosen as model molecule to illustrate the presence of an endocrine disrupter in water waste. This molecule presents a real risk to wildlife (feminization of male fish, reduced reproduction ...). The objective of this work is to evaluate the effectiveness of photocatalysis and ozonation to remove Ethinylestradiol waters. The oxidation process using ozone was applied initially in concentrated solutions of ethinylestradiol (EE2 = 10 mg / L) prepared in ultrapure water buffered to better understand the mechanisms of elimination of this compound and evaluate the effectiveness in terms of conversion rate of EE2 and mineralization of the substrate. Experiments have shown that ozone is a very effective oxidant for oxidation of ethinylestradiol. Oxidation occurs mainly by direct reaction of ozone on the molecule while EE2 mineralization involves the conversion of ozone into hydroxyl radicals which will then react on the structure of the saturated organic molecule. The study of ozonation of EE2 solutions at different concentrations has established a relationship between the initial concentration of pollutant in the water and the dose of ozone introduced to eliminate this compound at a pH near neutrality. This relationship was used to estimate the dose of ozone applied to water contaminated with EE2 at a concentration close to that found in wastewater and compared to that obtained water from the treatment plant Bourget du Lac. In the second part of our work, we studied the advanced oxidation process "Photocatalysis". The adsorption and photodegradation of EE2 were performed on the surface of TiO2 Degussa P25 "and under UV radiation (λ = 365 nm). The results were modeled using the model of Langmuir and Langmuir Hinshelwood respectively. These models allowed us to determine for different masses of TiO2 quantities of EE2 adsorbed on the surface of TiO2 and the constants of adsorption in the dark under UV light, and the rate constants. These values were compared to those obtained under the same conditions but on a different type of catalyst TiO2 PC500. The measurement of particle size of TiO2 shows the formation of agglomerates increasingly important function of the mass of catalyst TiO2 PC500 and it allowed us to explain the values of the constants of adsorption and kinetic results
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Kwiatkowski, Maciej. "ZnO(core)/TiO2(shell) composites : influence of TiO2 microstructure, N-doping and decoration with Au nanoparticles on photocatalytic and photoelectrochemical activity." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCK046/document.
Full textAbstract:
Le but de la thèse est d'étudier l'influence de la microstructure des composites ZnO/TiO2 sur leurs propriétés dans la dégradation photocatalytique des polluants organiques et dans l'oxydation de l'eau photoassistée. Pour réaliser cette étude, nous avons choisi la conception basée sur des nano bâtonnets ZnO supportés sur une électrode de verre recouverte d'ITO (Indium Tin Oxide). Les nano bâtonnets de ZnO ont ensuite été recouverts d'une couche de TiO2 dans différentes conditions. La composition et la microstructure des composites ZnO(cœur)/TiO2(coquille) ont été modifiées dans le but d'élucider comment ces paramètres influencent leur activité photocatalytique. La couche TiO2 de morphologie différente (discontinue ou compacte) a été élaborée. Nous avons montré que le composite contenant la couche de TiO2 discontinue possède une activité plus élevée dans la dégradation de MB et dans l'oxydation de H2O sous 400 nm. Cette photoactivité améliorée a été attribuée à une meilleure accessibilité pour les réactifs de l'interface ZnO/TiO2 à travers la couche de TiO2. Aussi nous avons pu améliorer l'activité des composites sous la lumière visible. Dans ce but, les composites constitués de nano bâtonnets de ZnO supportés sur ITO ont été recouverts de TiO2 dopé à l'azote et décorés de nanoparticules d'or. Il a été trouvé que même une faible charge d'or (0,37% at.) permet une augmentation de 60% de la vitesse de décoloration photocatalytique du MB sous la lumière visible par rapport à l'échantillon sans or en raison de l'effet plasmonique. Un dopage simultané à l'azote et à l'or a permis également de multiplier par trois le photocourant dans l'oxydation photoassistée de l'eauThe aim of the thesis is to study the influence of microstructure of ZnO/TiO2 composites on their properties in photocatalytic degradation of organic pollutants, and in photoassisted water oxidation. To realize such study we chose the design based on ZnO nanorods supported on ITO (Indium Tin Oxide)-coated glass electrode. The ZnO nanorods were then covered with a layer of TiO2 under different conditions. The composition and microstructure of the obtained ZnO(core)/TiO2(shell) composites were modified in the aim to elucidate how these parameters influence their photocatalytic activity. The results of studies lead to elaboration of two most distinctive variants of sol-gel procedure that allow to deposit TiO2 layers of controlled thicknesses and different morphology (rugged or compact). The composite containing the rugged TiO2 layer was shown to possess significantly higher activity in MB degradation and in photoassisted H2O oxidation under 400 nm. This improved photoactivity was attributed to a higher porosity and better accessibility of ZnO/TiO2 interface region through the rugged TiO2 layer by the reagents. The effort was also made to enhance the visible light activity of the composites. To this aim the composites consisting of ITO-supported ZnO nanorods covered with nitrogen-doped titanium dioxide and decorated with Au nanoparticles. It was found that even a low Au loading (0.37% at.) resulted in 60% enhancement of photocatalytic decolorization of MB under visible light with respect to the Au-free sample owing to plasmonic effects. A simultaneous N-doping and Au decoration allowed also to multiply by three the photocurrent in photoassited water oxidation
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Zibin, Hai. "Modification of Titania with Gold-Copper Bimetallic Nanoparticles and Preparation of Copper-Based Photocatalysts : Application in Water Treatment." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00926757.
Full textAbstract:
Photocatalysis is recently extensively studied because it implies a variety of potential industrial applications ranging from the hydrogen generation of water splitting to the treatment of waste water. Among all the semiconductors, TiO2 has attracted the most attention. But the rate of the electron-hole recombinations is very important and TiO2 is active only under UV light. Various methods are developed to enhance the photoactivity of TiO2. Other semiconductors like copper oxides and copper sulfides also attracted attention due to their lower band-gaps which allow applications in solar photocatalysis. In this work, different kinds of photocatalysts were developed and studied: surface modified TiO2 with metal nanoparticles and copper sulfides and oxides. The nanostructures were characterized by different techniques: HRTEM, SEM, XRD, XPS, HAADF-SEM, and TRMC. Their photocatalytic activity was studied for degradation of model pollutants: phenol, rhodamine B and methyl orange. Different chemical and radiolytic methods have been investigated to modify the surface of TiO2 by mono- and bimetallic (Au, Cu and Au-Cu) nanoparticles in the aim to improve its photocatalytic activity. The best results in term of photocatalytic activity have been obtained with reduction of THPC (tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium chloride) and with radiolytic reduction after deposition with urea. Titania surface modification with Au, Cu and bimetallic Au-Cu NPs enables the increase of the photocatalytic activity under UV light. We have found that very small amounts of metal (0.5% wt.) can activate titania for photocatalytic applications, thus the costs of photocatalyst preparation are relatively low. Radiolytic syntheses of non-TiO2 photocatalysts including Cu2O and CuS nanostructures with different morphologies have been developed. The photocatalytic activity of the synthesized photocatalysts has been studied. Truncated octahedral Cu2O exhibit an excellent photocatalytic activity under visible illumination. CuS nanotubes (NTs) exhibit both a high ability to adsorb dyes and a photocatalytic activity under visible light.
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MacDonald, Grant. "Mathematical modelling of semiconductor photocatalysis." Thesis, University of Strathclyde, 2016. http://oleg.lib.strath.ac.uk:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=27029.
Full textAbstract:
Semiconductor photocatalysis can be extremely effective in the complete mineralisation of hundreds of organic materials and has been utilised in various different commercial systems, for example, self-cleaning glass, purification of water, the purification of air, sterilisation/disinfection and detecting oxygen in food packaging. The aim of this thesis is to further the understanding of semiconductor photocatalysis using mathematical models. One of the main issues considered is the applicability of assuming that reaction intermediates remain in a steady-state throughout the majority of any reactions taking place. We show that this assumption is not always valid. First, we consider an intelligent ink that is used to test the effectiveness of self-cleaning glass. The system is modelled by a diffusion equation for the transport of dye molecules in the film coupled to an ordinary differential equation describing the photocatalytic reaction taking place at the glass surface. A finite difference method is introduced to solve the equations arising from the model. We are able to show that the proposed model can replicate experimental results well. The model also offers an explanation as to why the initial reaction rate is dependant on film thickness for several different reaction regimes considered. Second, we consider models motivated by systems where photocatalytic reactions take place throughout the domain as opposed to exclusively at domain boundaries. We present a numerical method to solve such systems, and based on informal experimental results, explain the reasons behind the initial reaction rate being dependent on the size of the domain. Third, we consider four previously published models based on the removal of organic pollutants using semiconductor photocatalysis. We introduce more general mathematical models and demonstrate that by doing so there are a wider rangeof systems that the models can be applied to. One model involves an expanding domain and we present a moving mesh finite difference method that is used to solve such systems. Fourth, we propose a moving mesh finite element method for coupled bulk-surface problems in two-dimensional time-dependant domains. These problems are motivated by a system where semiconductor photocatalysis is used to destroy organic dirt across a domain which is increasing in size. Finally, we show how to determine the colour of a substance based on its absorbance spectrum. By comparing predictions made from experimental data to published photographs we are able to demonstrate that we can accurately predict the colour of a substance.
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Davies, R. H. "Semiconductor photocatalysis for water purification." Thesis, Swansea University, 1995. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.636399.
Full textAbstract:
Although many aspects of the semiconductor photocatalysed mineralisation of water contaminants have been studied by researchers over the past decade, there are still certain areas which need further clarification, if the technique is to be used as an alternative to the presently available methods of water purification. It was the objective of the work in this thesis to provide further understanding of some of these remaining areas. One of the greatest inducements for the introduction of the technique of semiconductor photocatalysed pollutant mineralisation, in preference to the currently available technology, would be an efficiency advantage. The work in Chapter 3, studies the effect of many reaction variables (e.g. T, pH, [TiO2]) in order to provide rate enhancements and therefore further efficiency of the technique. In Chapter 4 the model pollutant, 4-chlorophenol, is used to illustrate the role of activation energies in semiconductor photocatalysed mineralisation reactions, an area which has been largely ignored by researchers in this field to date. In order to speed up the process of reactor designs for commercial semiconductor photocatalysis reactors, there was a need for a predictive kinetic model, to provide information on individual pollutant mineralisation rates, under certain reaction conditions. Chapter 5 outlines a kinetic model which is able to accurately model the mineralisation of various pollutants and can also be used as a predictive tool for non-standard conditions. Chapter 6 enhances this work, to provide a model capable of modelling further pollutant systems, previously unable to be modelled. The technique of semiconductor photocatalysed pollutant mineralisation, will only become a plausible alternative to the currently available technology, if it can be scaled up from the batch reactor level. The work in Chapter 7 aims to provide scale up of the batch system used in Chapter 3 from 2.5 ml to 101.
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Coleman, Heather Margaret. "Photocatalysis of oestrogens in water." Thesis, University of Ulster, 2000. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.342532.
Full text
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Mohd, Ghazi Tinia Idaty. "Heterogeneous photocatalysis for chemicals manufacture." Thesis, University of Cambridge, 2005. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.614672.
Full text
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Crow, Matthew. "Environmental remediation and semiconductor photocatalysis." Thesis, University of Strathclyde, 2010. http://oleg.lib.strath.ac.uk:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=12837.
Full text