Doctorant (H/F) : Etude de l’oxydation sonocatalytique de composés organiques

Sujet de thèse :
Ce sujet de thèse s'inscrit dans l'étude de différentes voies de décarbonation de l'industrie et notamment sur les réactions éco-efficients et intensifiées en explorant l'apport de méthodes d'activation non usuelles comme la sonochimie.

L’origine même de la sonochimie réside dans le phénomène de cavitation acoustique c’est-à-dire la nucléation, la croissance et l’implosion des bulles de cavitation dans un milieu liquide soumis à une irradiation ultrasonore. Au moment de l’implosion de la bulle de cavitation des conditions locales extrêmes peuvent être observées à la fois au cœur de la bulle, là où les températures sont les plus élevées mais également à l’interface liquide-bulle dans une couche de liquide surchauffée à des températures bien supérieures à celle du milieu environnant. Chaque bulle de cavitation peut être ainsi considérée comme un microréacteur à haute température qui ne nécessite pas l’addition de réactifs spécifiques et ne génère pas de déchets supplémentaires respectant ainsi les principes de la chimie durable.

Ainsi, la sonochimie est une technique permettant la génération in situ de radicaux hydroxyles particulièrement réactifs et non sélectifs par dissociation des molécules d’eau du milieu soumis à l’irradiation ultrasonore. Utilisée seule cette technique d’oxydation avancée ne permet cependant pas de traiter des effluents aqueux fortement pollués et nécessite l’utilisation de catalyseurs hétérogènes. Au cours de ce sujet de thèse nous proposons d’étudier l’oxydation sonocatalytique de polluants organiques de différentes natures (complexants, colorants…) en présence de catalyseurs avec ou sans métaux nobles (catalyseur à base d’oxyde de cobalt, particules cœur-coquille…). La compréhension fine du mécanisme d’activation du catalyseur en fonction de l’atmosphère (gaz rare, mélange…), de la fréquence ultrasonore (haute ou basse fréquence, couplage…) et de la nature du catalyseur (morphologie, support, nature chimique) permettra d’optimiser ou d’orienter la réaction d’oxydation de la matière organique soit en vue de la minéraliser ou bien de la valoriser via une réaction d’oxydation sélective.

Ce projet permettra d’aborder différents aspects de la chimie analytique, de la spéciation des polluants en solution ainsi que de la synthèse et de la caractérisation de matériaux par diverses techniques de caractérisations physicochimiques (DRX, MET, MEB, BET, EDX). Les analyses de solutions afin d’évaluer la stabilité des catalyseurs utilisés ainsi que pour quantifier l’efficacité des traitements réalisés seront effectuées notamment par chromatographie, ICP-OES, HPLC et mesure de carbonique organique total.
Contexte :
Ce projet de recherche sera réalisé au sein du Laboratoire de Sonochimie dans les Fluides de Complexes de l’Institut de Chimie Séparative de Marcoule en collaboration avec l’Institut de Chimie des Milieux et des Matériaux de Poitiers. Cette thèse est financée par le PEPR ECOCHEM.