Resume  

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       Les nanostructures hybrides polymère-TiO2 ont fait ces dernières années l'objet d'une attention particulière car elles intègrent dans un seul matériau les performances des polymères notamment  la flexibilité et la facilité de réutilisation, ainsi que les propriétés spécifiques du TiO2 particulièrement photocatalytique, électronique, optique et antibactérienne.

 

        Le travail de ma thèse de doctorat s’inscrit dans le cadre d’une fonctionnalisation de la surfaces des fibres par des nanoparticules de dioxyde de titane en vue de rendre possible la photodégradation voir la minéralisation de molécules organiques polluantes sous irradiation solaire. Dans cette optique, nous avons choisi la voie sol-gel non hydrolytique qui permet de couvrir chimiquement et uniformément les fibres du coton avec une couche mince de nanoparticules de TiO2. Un traitement hydrothermal doux a été utilisé pour promouvoir la cristallisation de la phase anatase.

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         Dans la première partie de ce travail, nous avons réussi à établir un protocole expérimental permettant de générer des nanoparticules de  dioxyde de titane bien attaché à la surface des fibres de coton. L’effet de variation de la  concentration de la solution du précurseur de TiO2 ainsi que la température du traitement hydrothermal est détaillé. Une caractérisation des échantillons élaborés est réalisée en recourant à divers techniques comme : la microscopie électronique à effet de champ, la diffraction des rayons X, l’analyse thermogravimétrique, les spectroscopies Raman, UV-Visible, de photoélectrons X et de photoluminescence. Une caractérisation par diffraction des rayons X et spectroscopie Raman a montré que la couche de dioxyde de titane couvrant les fibres de coton se présente sous forme d’une seule phase : TiO2 anatase avec des tailles de particule inférieures à 15 nm. Par ailleurs, l’analyse des résultats de luminescence montre que la cristallinité augmente en augmentant la température du traitement hydrothermal jusqu'à 90°C. Au delà de cette température une diminution au niveau du signal de luminescence est notée, cela s'explique par l'augmentation de la concentration en centres de piégeage. Des tests de dégradation de remazol brilliant bleu R, du Rouge de méthyle et l’orange II en présence de Coton-TiO2 traité à 110°C montrent des résultats assez intéressants.

 

         Dans la deuxième partie, nous avons cherché à élaborer des  photocatalyseurs plus performants que le système Coton-TiO2. Pour cela nous avons pensé à la catalyse plasmonique en immobilisant des nanoparticules d’Ag en plus du TiO2 à la surface des fibres de coton. Un système de type Coton-Ag-TiO2 est alors élaboré. La présence de tous les constituants du système est prouvée par des analyses UV-visible, XPS et Raman. Par ailleurs, les essais de photodégradation montrent des performances très intéressantes et une dégradation quasi totale du colorant modèle Remazol Brilliant Blue R testé au bout de 210 minutes sous irradiation visible. Cela est essentiellement dû à la contribution importante des nanoparticules d'Ag au niveau du mécanisme photocatalytique à travers l’excitation de la résonance plasmonique de surface (RPS) sous irradiation visible.

 

       Le système Coton-Au-TiO2 a fait l’objet de la dernière partie de ce travail. Les différentes techniques de caractérisation révèlent que l'intercalation des nanoparticules d'or induit une perturbation au niveau du mécanisme de cristallisation de TiO2 qui se produit à la surface des fibres de coton. Des essais de photodégradation en présence du photocatalyseur Coton-Au-TiO2 montrent une  dégradation quasi totale du colorant modèle RB au bout de 210 minutes sous irradiation visible pour une concentration en précurseur d’Au de l’ordre de 10-3M et une température du traitement hydrothermal 170°C.

 

      Ce  travail a porté donc sur la génération de nanoparticules de TiO2 et des métaux nobles sur des fibres de coton afin d’élaborer des photocatalyseurs hybrides capable de dégrader totalement des colorants assez résistants en faisant appel à la photocatalyse plasmonique. Cependant, l’originalité de cette étude réside dans la simplicité de la méthode d’immobilisation des nanoparticules d’oxyde de titane sur les fibres de biopolymère et surtout leur cristallisation à température douce.

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 Publications  

1) Marwa Abid, Soraa Bouattour, David S. Conceição,b   Ana Maria Ferraria,Luís Filipe Vieira Ferreira, Ana Maria Botelho do Rego,Manuel Rei Vilarc  and  Sami Boufi

Hybrid cotton–anatase prepared under mild conditions with high photocatalytic activity under sunlight

Journal RSC advances

DOI: 10.1039/C6RA10806G

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2) S.Boufi, M.Abid, S.Bouattour, A.M.Ferraria, D.S.Conceição, L.F. VieiraFerreira, G.CorbeldP.M.Neto, P.A.Lopes, M. ReiVilar, A.M. Botelhodo Rego

Cotton functionalized with nanostructured TiO2-Ag-AgBr layer for solar photocatalytic degradation of dyes and toxic organophosphates

International Journal of Biological Macromolecules

DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2019.01.218

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3) MarwaAbid, SoraaBouattour, Ana M.Ferraria, David S.Conceição, Ana P.Carapeto, Luís F.Vieira Ferreira, Ana M.Botelho do Rego, Mohamed M.Chehimic, ManuelRei Vilar, SamiBoufi

Facile functionalization of cotton with nanostructured silver/titania for visible-light plasmonic photocatalysis

Journal of Colloid and Interface Science

DOI: 10.1016/j.jcis.2017.07.109

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4) M.Abid, S.Bouattour, A.M.Ferraria, D.S.Conceição, A.P.Carapeto, L.F.Vieira Ferreira, A.M.Botelho do Rego, M.Rei Vilar, S.Boufi

Functionalization of cotton fabrics with plasmonic photo-active nanostructured Au-TiO2 layer

Carbohydrate Polymers

Doi: 10.1016/j.carbpol.2017.08.090

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