• Langue : Français
• Discipline : Chimie théorique, physique, analytique
• Identifiant : 2020LILUR048
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 16/12/2020

Résumé en langue originale

L'utilisation des huiles de pétrole et autres ressources carbonées non renouvelables génèrent une quantité considérable de déchets avec un impact négatif sur l'environnement et la santé publique. Par conséquent, la recherche de matériaux biosourcés afin de substituer les matériaux pétrosourcés s'est intensifiée ces dernières années. Dans cette thèse, nous avons étudier les propriétés du chitosane, un polysaccharide aminocarbohydrate obtenu par désacétylation de la chitine, pour structurer la matière à l'échelle nanométrique.Nous présentons une nouvelle méthode simple permettant d'incorporer des nano-objets endogènes dans des films à base de polysaccharides. La chimie supramoléculaire basée sur l'auto-assemblage de polysaccharides associé à la polymérisation sol-gel a ainsi permis de convertir des précurseurs solubles de chitosane et d'alcoolates métalliques en films constitués de clusters d'oxyde métallique nanostructurés et de chitosane. Une large gamme d'oxydes métalliques simples, binaires et ternaires a été incorporée avec succès dans les bioplastiques. L'utilisation multiforme de ces films a été démontrée en les transformant sous traitement thermique doux en composites oxyde métallique - chitosane partiellement oxydés ou en les désintégrant dans des conditions aqueuses pour produire des nanoparticules d'oxyde métallique stables et dispersées dans l'eau. L'utilité de ces films fonctionnels a été démontrée comme agents antimicrobiens.Nous avons également démontré un effet de structuration intéressant de ces polysaccharides lors de la croissance de polymères de coordination poreux. Nous avons étudié la croissance de phases HKUST-1 et ZIF-8 dans une solution colloïdale de biopolymères de chitosane de poids moléculaire différents et dans diverses conditions de réaction. En plus de préparer des hybrides nanostructurés polysaccharide-MOF à porosité hiérarchique, nous avons également réussi à façonner le corps du matériau sous forme de films flexibles, de monolithes poreux et de microsphères autoportantes. L'évaluation de l'élimination du colorant Rouge Congo dans l'eau a révélé que les nanohybrides chitosane-MOF à porosité ouverte surpassent les phases pures (MOF microporeux et chitosane).Les propriétés chélatantes du chitosane en font un précurseur approprié pour l'immobilisation d'espèces métalliques dans une matrice carbonée. Des composites métal-carbone dérivés du chitosane ont été préparés. Des propriétés physico-chimiques attractives, à savoir une surface spécifique élevée, une dispersion métallique uniforme, et l'existence d'espèces azotées actives ont été obtenues. En raison de l'effet de structuration du chitosane envers les précurseurs d'alcoolate de métal , un ensemble d'oxydes métalliques cristallins comprenant des clusters de dioxyde de titane, d'oxyde de germanium et d'oxyde de fer ont été obtenus in situ dans un squelette de carbone dopé à l’azoté formé.Finalement, nous avons étudié la préparation de catalyseurs pour l'hydrogénation de composés insaturés tels que les quinoléines, les alcynes et les alcènes. Des nanoparticules de cuivre supportées sur carbone dopé à l’azote ont été préparées par pyrolyse de mélange généré à partir du nitrate de cuivre (II) dans une solution aqueuse de mélamine et de chitosane. L'EDTA a également été introduit pour améliorer la dispersion des nanoparticules de Cu lors de la synthèse. Le catalyseur optimal CuNC-1-700 présente de bonnes performances catalytiques pour les réactions étudiées.

Résumé traduit

The use of petroleum oils and other non-renewable carbon resources generates a considerable amount of waste, with a negative impact on the environment and health. As a result, the search for bio-based materials to replace petroleum-based materials has grown in the recent years. In this thesis, we studied the properties of chitosan, an aminocarbohydrate polysaccharide obtained by deacetylation of chitin, to structure the matter at the nanometric scale.We present a new and simple method for incorporating endogenous nano-objects into polysaccharide films. Supramolecular chemistry based on self-assembly of polysaccharides associated with sol-gel polymerization has thus made it possible to convert soluble precursors of chitosan and metal alkoxides into films consisting of nanostructured metal oxide clusters and chitosan. A wide range of simple, binary and ternary metal oxides have been successfully incorporated into bioplastics. The multifaceted use of these films has been demonstrated by transforming them under soft heat treatment into partially oxidized metal oxide-chitosan composites or by disolving them in aqueous conditions to produce stable, water dispersed metal oxide nanoparticles. The usefulness of these functional films has been demonstrated as antimicrobial material.We have also demonstrated an interesting structuring effect of these polysaccharides during the growth of porous coordination polymers. We studied the growth of HKUST-1 and ZIF-8 phases in a colloidal solution of chitosan biopolymers of different molecular weight and under various reaction conditions. In addition to preparing nanostructured polysaccharide-MOF hybrids with hierarchical porosity, we also succeeded in shaping the materials into flexible films, porous monoliths and self-supporting microspheres. Evaluation of the removal of Congo Red dye in water revealed that the chitosan-MOF hybrids outperform the pure phases (microporous MOF and chitosan).The chelating properties of chitosan make it a suitable precursor for the immobilization of metallic species in a carbonaceous matrix. Metal-carbon composites derived from chitosan have been prepared. Attractive physico-chemical properties, among high specific surface area, uniform metal dispersion, and existence of active nitrogen species, have been obtained. Due to the structuring effect of chitosan towards metal alkoxide precursors, a set of crystalline metal oxides comprising clusters of titanium dioxide, germanium oxide and iron oxide were obtained in situ in a nitrogen-doped carbon skeleton formed.Finally, we studied the preparation of catalysts for the hydrogenation of unsaturated compounds such as quinolines, alkynes and alkenes. Copper nanoparticles supported on nitrogen-doped carbon were prepared by pyrolysis of a mixture generated from copper (II) nitrate in an aqueous solution of melamine and chitosan. EDTA was also introduced to improve the dispersion of Cu nanoparticles during synthesis. The optimal catalyst CuNC-1-700 shows good catalytic performance for the studied reactions.