Préparation et caractérisation de composites minéraux à base de diatomite

Abstract

Les matériaux composites diatomite/TiO2, sont utilisés en tant que photocatalyseurs dans la dépollution d'une eau chargée en polluants organiques persistants. Lors d'une première étude, nous avons pu mettre en évidence que le traitement à l'acide nitrique à une concentration de seulement 0,5 M conduit à une augmentation de la surface spécifique de la diatomite du fait de l’élimination totale des carbonates sans modification de sa morphologie. La chromatographie gazeuse inverse à dilution infinie (CGI-DI) et à concentration finie (CGI-CF) a été mise en oeuvre afin d’étudier l’évolution des propriétés superficielles des matériaux obtenus à la suite des deux traitements, acide et thermique. En CGI-DI, nous avons observé une évolution dans la morphologie de surface vraisemblablement du fait de l'élimination des carbonates mais aussi des oxydes de fer. Alors que lors du traitement thermique, elle est en accord avec la disparition de sites de haute énergie sous l'effet du chauffage. En CGI-CF, les fonctions de distribution des sites d'énergie d'adsorption (FDRJ) obtenus avec la sonde isopropanol ont révélé une structure de type silice après traitement à l'acide nitrique 5 M. Sous l’effet de la température, les FDRJ sont clairement sensibles à la formation de nouvelles phases. Notre travail a également porté sur l'élaboration des matériaux composites diatomite/TiO2 au travers de deux procédés : - La synthèse in situ de l'oxyde de titane à partir de précurseurs alcoxydes par le procédé sol-gel. Les matériaux composites obtenus sont non homogènes. Le TiO2 se trouve sous différentes formes, à savoir de particules dispersées et/ou d’agglomérats répartis sur des particules de la diatomite ou même de dépôt sous forme de couche. - le co-broyage en voie sèche à partir de TiO2 commercialisé, qui présente l'avantage de s'affranchir de l'utilisation d'un solvant, et de ses inconvénients en terme de toxicité, coût d'élimination. Ce procédé a permis d’obtenir un enrobage discret de la surface des particules de diatomite par des agglomérats de TiO2 et de particules primaires nanométriques. Dans le cas des composites, en CGI-CF, nous avons mis en évidence l’adsorption de TiO2 à la surface de la diatomite, et révéler la présence des sites de haute énergie Si-O-Ti dans la fonction de distribution obtenue avec l'isopropanol. Enfin, une étude a été menée sur l’influence des conditions de préparation des composites sur les propriétés d’usage des matériaux composites diatomite/TiO2 produits par enrobage à sec, dans la pulvérisette 0. Les matériaux composites utilisés présentent de très bonnes propriétés de dégradation photocatalytique vis-à-vis du BPA sous irradiation UV. En effet, le composite diatomite/50% TiO2 conduit à une constante de vitesse comparable à celle obtenue avec le TiO2 seul passé à la pulvérisette 0 (1,447 et 1,434 mg.L-1. min-1 respectivement), tout en contenant deux fois moins de TiO2. Les résultats de CGI confirment une meilleure affinité du BPA pour le composite. D'autre part l'augmentation de la taille du composite par rapport au TiO2 favorise sa séparation par filtration.