Incorporation de nanoparticules métalliques dans une membrane de filtration pour la réduction catalytique de composés organiques

Abstract

En raison de leurs grandes surfaces spécifiques les nanoparticules métalliques (N PM) possèdent des propriétés physico-chimiques uniques par rapport à la forme macroscopique du même matériau, en particulier en matière de réactivité catalytique. Afin de conserver ces spécificités, il est important de maitriser leur stabilité en évitant leur agrégation. La synthèse in situ, dite inter-matricielle, de NPM au sein d’une matrice polymère permet de les stabiliser sans perte de réactivité tout en conservant leurs propriétés catalytiques élevées. En utilisant cette stratégie de synthèse, nous avons développé des réacteurs membranaires catalytiques (RM C) contenant des NPM permettant ainsi de réaliser une réaction et une séparation lors d'un seul et même procédé. Les performances catalytiques des membranes ainsi obtenues ont été évaluées sur la réaction modèle de réduction du p-nitrophénol en 4-aminophénol par du borohydrure de sodium. Les membranes chargées en NPM de Palladium ont été testées en filtration frontale et ont montré une dégradation complète possible du p-nitrophénol. Metal Nanoparticles (MNPs) have unique phyico-chemical properties advantageous for catalytic applications which differ from bulk material. However, the main drawback of MNPs is their insufficient stability due to a high trend for aggregation. To cope with this inconvenience, the stabilization of MNPs in polymeric matrices has been tested. This procedure is a promising strategy to maintain catalytic properties. The aim of this work is the synthesis of polymer-stabilized MNPs inside functionalized polymeric membranes in order to build catalytic membrane reactors. First, the polymeric support must have functional groups capable to retain nanoparticle precursors (i.e. sulfonic). Then, nanoparticles can grow inside the polymeric matrix by chemical reduction of metal ions. The catalytic performance of developed hollow fibers has been evaluated by using the reduction of nitrophenol to aminophenol by sodium borohydride. Hollow fiber modules with Pd MNPs have been tested in dead-end and cross-flow filtration. Complete nitrophenol degradation is possible depending on operation parameters