Résumé
L'augmentation des polluants nocifs dans les sources d'eau est devenue une préoccupation mondiale hautement prioritaire qui nécessite le développement de solutions efficaces pour la prévention et la remédiation de la pollution de l'eau. Par conséquent, il est nécessaire de concevoir de nouveaux matériaux catalytiques pour promouvoir l'efficacité des processus d'oxydation avancée (POA) dans le cadre des stations d'épuration des eaux usées afin d'assurer l'élimination des contaminants émergents.Le couplage des POA à base de radicaux sulfates avec les processus de photocatalyse ou d'électrocatalyse a attiré beaucoup d'attention pour achever une décomposition complète des polluants réfractaires en eau et en CO2. Le dioxyde de titane en tant qu'oxyde métallique a fait l'objet d'une grande attention pour son application catalytique dans la purification de l'eau en raison de son activité élevée et de sa stabilité, de son faible coût et de sa compatibilité avec l'environnement. Cependant, la grande énergie de la bande interdite et la faible conductivité électrique entravent l'efficacité de la réaction catalytique. Dans ce travail, la fabrication d'un catalyseur à hétérostructure à base de TiO2 en combinant différents matériaux a été réalisée. L'un des objectifs principaux est l'élaboration d'un matériau catalytique performant avec une méthode appropriée. Dans la première partie de cette thèse, des composites TiO2-CaTiO3-Cu2O-Cu ont été préparés à partir de précurseurs CaCu3Ti4O12 et d'oxyde de graphène en utilisant un procédé de frittage en une étape. L'oxyde de graphène a été utilisé pour favoriser la réduction de l'oxyde de cuivre en cuivre métallique afin d'améliorer l'activation du peroxymonosulfate (PMS), d'augmenter la conductivité des matériaux et de déplacer l'absorption vers la région visible. D'autre part, les nanofibres de TiO2 ont été synthétisées par la méthode d'électrofilage. Des phases Magnéli ont été produites par réduction thermique des nanofibres obtenues en raison de leur excellente conductivité pour la fabrication de matériaux d'électrode en oxydation anodique. Les propriétés morphologiques, structurelles et optiques de tous les matériaux préparés ont été étudiées par différentes techniques de caractérisation telles que la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectroscopie Raman, la diffraction des rayons X (DRX) et la spectroscopie photoélectronique des rayons X (XPS). De plus, les propriétés optiques et électrochimiques du catalyseur ont également été évaluées. La capacité des composites ainsi préparés a été étudiée dans la dégradation photocatalytique et électrocatalytique du paracétamol via l'activation du peroxymonosulfate. Dans la deuxième partie, les nanofibres de TiO2 réduites ont été utilisées comme électrocatalyseur pour évaluer l'efficacité de la dégradation par oxydation anodique. Des résultats prometteurs dans l'amélioration de l'élimination du paracétamol ont été observés avec le composite d'hétérostructure TiO2-CaTiO3-Cu2O-Cu qui contient la plus grande quantité de cuivre métallique lorsqu'il est utilisé comme photocatalyseur ainsi que comme électrocatalyseur. De plus, la phase Magnéli unique des nanofibres a montré une meilleure activité électrocatalytique par rapport aux nanofibres de TiO2. Des résultats prometteurs ont été obtenus, les composites synthétisés de TiO2-CaTiO3-Cu2O-Cu montrent une forte activité comme photocatalyseur ou même électrocatalyseur. De plus, les conditions optimales de réduction thermique ont permis la formation d'une phase Magnéli pure avec des performances élevées. Par conséquent, il sera intéressant d'appliquer ces conditions optimales pendant l'étape de frittage de la préparation de TiO2-CaTiO3-Cu2O-Cu pour améliorer la réduction complète de l'oxyde de cuivre en cuivre métallique avec la conversion de la phase TiO2 en phase Magnéli pure conduisant à des composites hautement conducteurs.