The exploration in the use of nanomaterials for a multitude of different applications has grown within the last few years. This is largely due to the vast number of features exhibited by nanoscale materials when compared to their bulk counterparts. The use of nanomaterials in environmental applications can come in different facets, such as, the production of clean energy in solar cells and the application of nanotechnologies in coatings for building exterior surfaces. The first section of the thesis focuses on the use of nanomaterials for water remediation, since purified groundwater is still not globally accessible. Chapter 2 focuses on the use of Pd nanoparticles supported on TiO₂ (Pd@TiO₂) to photo-generate H₂ while using bacterial cells as sacrificial electron donors (SEDs) rather than chemical reagents. Different conditions were examined to investigate the photo-destruction of gram negative bacteria, E. coli, which is a microbial pollutant often found in a number of different water sources. Samples containing photocatalyst in solution were irradiated using a solar simulator, which is a light source that is similar to the solar spectrum, for applications in a flow system. Chapter 3 is a project in collaboration with Dr. Edith Amuhaya and her research group in Nairobi, Kenya exploring the use of porphyrins, an organic compound, supported on glass wool for water treatment in a flow system. Porphyrins are photosensitizers that generate reactive oxygen species (ROS) when exposed to light and oxygen. However, their high solubility in aqueous media makes it difficult to use them for water remediation and can add an extra step in the process of water purification. Therefore, we suggest attaching the porphyrins to glass wool, which is an inexpensive and inert support that can easily be removed from a flow system. Here, we explore the use of glass wool as a support for a series of different conjugated porphyrins and metalloporphyrins. We have synthesized different porphyrins bearing carboxylic group substituents to enable ease of deposition onto the amino-functionalized glass surface (glass surface modified with (3-Aminopropyl) triethoxysilane, APTES). The characterization of the materials suggests some of the porphyrins retain the ability to absorb solar light and generate reactive oxygen species upon irradiation. Antimicrobial activity and degradation of selected pollutants were also explored. The last section of the thesis discusses a different approach regarding nanoparticles. Typically, nanoparticles are used for their reactivity when they absorb light, often producing a high number of free radicals in the process. However, this high reactivity can become an issue when these free radicals cause unintended damage to biological environments. This is the case for TiO₂ used for photo-protection sunscreens, where there has been some concern regarding the free radical damage to skin. Previously, the group has synthesized TiO₂ particles in a thin shell of lignin, a natural biopolymer. Lignin is an antioxidant that can scavenge the radicals produced by the photo-excited TiO₂ and prevent them from being released into the surrounding media. Here, we further characterize and investigate the properties of the lignin on TiO₂ nanoparticles and attempt to scale up the production of the particles.

De nos jours, la pollution de l'environnement et la crise énergétique sont largement concernés partout dans le monde. Il est une tâche urgente de développer des technologies respectueuses de l'environnement pour les énergies propres alternatives. La photocatalyse est une des méthodes les plus prometteuses pour ces sujets. Le semi-conducteur le plus utilisé dans la photocatalyse est TiO₂ en raison de ses excellentes propriétés physiques et chimiques, de haute disponibilité et à faible coût. La modification de TiO₂ avec des nanoparticules métalliques ont démontré un effet bénéfique sur l'activité photocatalytique de TiO₂.Identifier les facteurs qui régissent la cinétique des processus photocatalytiques et de comprendre le rôle que les nanoparticules métalliques jouent est inhérente à atteindre l'objectif souhaité de développer des systèmes photocatalytiques plus efficaces.Bien que de grands progrès ont été réalisés dans l'étude de l'effet de la modification de surface de TiO₂ avec des IP mono et bimétalliques sur son activité photocatalytique, beaucoup reste encore inconnue. La plupart des enquêtes ont été fondées sur l'étude de la cinétique ou des mécanismes impliqués dans la photocatalyse. Il existe peu d'études rapportées, qui intègrent l'absorption, la dynamique des porteurs de charge et de l'activité photocatalytique.Ce dernier a motivé le développement de ce travail, dont l'objectif principal d'étudier systématiquement l'effet des NPs métalliques sur la surface d'oxyde de titane dans les trois directeurs étapes des procédés photocatalytiques: (1) l'absorption de la lumière (génération de paire électron-trou) (2) dynamique des porteurs de charge, et (3) l'efficacité de l'activité photocatalytique. / Nowadays, environment pollution and energy crisis are widely concerned all over the world. It is an urgent task to develop environment-friendly technologies for alternative clean energies. Photocatalysis is one of the most promising methods for such subjects. The most used semiconductor in photocatalysis is TiO₂ due to its excellent physical and chemical properties, high availability and low cost. The modification of TiO₂ with metal nanoparticles has demonstrated have a beneficial effect in the photocatalytic activity of TiO₂.Identifying the factors that govern the kinetics of the photocatalytic processes and understanding the role that metal nanoparticles play is inherent to achieve the desired goal of developing more efficient photocatalytic systems.Although great strides have been made in the study of the effect of surface modification of TiO₂ with mono- and bimetallic NPs on its photocatalytic activity, a lot still remains unknown. Most of the investigations have been based on the study of kinetics or mechanisms involved in photocatalysis. There are few reported studies, which integrate the absorption, dynamics of charge carriers and photocatalytic activity.The later has motivated the development of the present work, having the main objective to study systematically the effect of metal NPs on titania surface in the three principals steps of the photocatalytic processes: (1) absorption of light (generation of electron-hole pair), (2) dynamic of charge carriers, and (3) efficiency of the photocatalytic activity.

Le procédé sol-gel non-hydrolytique (SGNH) offre une alternative intéressante au procédés sol-gel classiques. Notamment, la « voie éther », impliquant la réaction de précurseurs chlorures ou oxychlorures avec avec un éther comme donneur d’oxygène, est une méthode simple et efficace pour la préparation d’oxydes et d’oxydes mixtes mésoporeux. Les batteries Li-ion sont omniprésentes aussi bien dans des applications portables que pour des véhicules électriques ou hybrides. Cependant, les performances des électrodes commerciales sont insuffisantes pour des applications haute puissance. TiO2 est un candidat prometteur pour remplacer les anodes de graphitie dans les batteries Li-ion, mais sa conductivité électronique doit être améliorée. L’objectif de ce travail de thèse est d’utiliser les avantages du procédé SGNH pour préparer des matériaux d’électrodes à base de TiO2. Deux approches ont été explorées, mettant en jeu la voie éther en l’absence de tout solvant ou additif. Premièrement, des oxydes mésoporeux à structure hiérarchique, TiO2 et TiO2-V2O5, ont été synthétisés par calcination des xérogels. Deuxièmement, des nanocomposites mésoporeux constitués de nanoparticules de TiO2 recouvertes d’un film de carbone ont été obtenus par pyrolyse sous atmosphère d’argon, l’éther jouant le rôle de donneur d’oxygène et aussi, pour la première fois, de source de carbone. Les matériaux ont été caractérisés par physisorption d’azote, microscopie électronique, DRX, spectroscopie Raman, ATG ainsi que par RMN 13C CPMAS pour les nanocomposites. Les performances en insertion-désinsertion du lithium ont été étudiées par cyclage galvanostatique à différentes densités de courant. / Non-hydrolytic sol-gel (NHSG) provides useful alternatives to conventional sol-gel routes. In particular, the ether route based on the reaction of chloride or oxychloride precursors with ether oxygen donors is a well-established method for the preparation of mesoporous oxides and mixed-oxides. Li-ion batteries are ubiquitous in the field of electrochemical energy storage, from mobile devices to electric and hybrid vehicles. However, commercial electrode materials do not fulfill all the requirements needed for high-power applications. TiO2 is as a promising material to replace graphite anodes in high-power Li-ion batteries, despite its poor electronic conductivity, which must be improved. In this context, the objective of this PhD thesis is the conception of different TiO2-based electrode materials benefitting from NHSG advantages. Two different approaches were developed, using the ether route in the absence of any solvent or additive. First, hierarchical mesoporous oxides, TiO2 and TiO2-V2O5, were synthesized by calcination of xerogels in air. Secondly, mesoporous nanocomposites built of carbon-coated TiO2 nanoparticles were obtained by pyrolysis under argon of the xerogels; in this case, the ether is used for the first time as both as an oxygen donor and a carbon source. The texture and the structure of the resulting materials were characterized by N2 physisorption, electron microscopy, XRD, and Raman spectroscopy. TiO2/C samples were further analyzed by TGA and 13C CPMAS-NMR. Galvanostatic cycling at different current rates was performed to determine the electrochemical performances in lithium insertion-deinsertion.

La dépollution est aujourd’hui un enjeu majeur pour la protection de l’environnement et un développement durable. Les technologies membranaires et les procédés d’oxydation avancée jouent un rôle de plus en plus important dans le traitement de l'eau que ce soit pour la production d’eau potable que pour le traitement des eaux usées urbaines ou industrielles. La photocatalyse hétérogène est un procédé d’oxydation avancée permettant la génération des espèces très oxydantes comme les radicaux OH•, en présence d’eau et de dioxygène, lors de l’irradiation de certains solides semi-conducteurs au premier rang desquels on retrouve le dioxyde de titane. L’objectif final visé dans cette thèse est le développement de filtres photocatalytiques performants mis en œuvre dans des procédés hybrides couplant séparation et photodégradation. Le mode d’élaboration envisagé pour ces filtres photocatalytiques est basé sur une voie de synthèse en rupture utilisant un polymère biosourcé, la cellulose, à la fois comme réactif (source d’oxygène) et support mécanique pour la croissance de nanoparticules de TiO2 à partir de tétrachlorure de titane. La première partie de la thèse est dédiée à une revue bibliographique qui porte principalement sur les procédés membranaires et hybrides, le dioxyde de titane et ses propriétés photocatalytiques et sur les propriétés chimiques, structurales et microstructurales et l’évolution thermique de la cellulose. Après un descriptif des matériels et méthodes mis en œuvre dans l’étude expérimentale sont d’abord présentés et discutés les résultats obtenus sur la préparation et la caractérisation de poudres purement minérales, à base de TiO2, et de poudres composites TiO2-carbone. L’effet du dopage du TiO2 par différents métaux de transition afin d’améliorer ses propriétés fonctionnelles est ensuite examiné. Une simplification du procédé de synthèse consistant à éliminer tout usage de solvant est exposée dans le chapitre suivant. S’appuyant sur le savoir-faire précédemment acquis en matière de synthèse et sur les performances photocatalytiques préalablement mesurées, le dernier chapitre est consacré aux travaux préliminaires menés sur la préparation de filtres photocatalytiques et sur l’évaluation leurs performances fonctionnelles. / The pollution is definitely a major issue for environmental protection and sustainable development. Membrane technologies and advanced oxidation processes play more and more a key-role in the treatment of water both for the production of drinking water and for the treatment of municipal and industrial wastewaters. Heterogeneous photocatalysis is an advanced oxidation process for generating highly oxidizing species such as OH• in the presence of water and dioxygen, under irradiation of some semiconducting solids like titania (TiO2). The targeted objective for this PhD work is the development of efficient photocatalytic filters to be implemented in hybrid processes coupling separation and photodegradation. The innovative route investigated for preparing such photocatalytic filters is based on the use of a bio-based polymer, i.e. the cellulose, both as reactant (oxygen source) and mechanical support for the growth of titania nanoparticles from titanium tetrachloride. The first part of the thesis is dedicated to a literature review mainly focused on membrane and hybrid processes, on titanium dioxide and its photocatalytic properties and on the chemical, structural, microstructural and thermal behaviour of cellulose. After a description of the experimental procedures, the second part of this manuscript is first dedicated to the presentation and the discussion of the experimental results on the preparation and characterization of pure titania powders and of TiO2-carbon composite powders. The effect of titania doping by different transition metals in order to improve its functional properties is then examined. Simplification of the synthesis process by removing any is described in the next chapter. From the previously developed know-how on synthesis and photocatalytic performance, the last chapter is devoted to preliminary work on the preparation of photocatalytic filters and on the assessment of their functional properties.

Cette étude s’inscrit dans le cadre de la dépollution de l’eau, elle a eu pour but d’examiner la dégradation photocatalytique d’herbicides phénylurées en solution aqueuse à pH acide, en présence d’un oxyde de fer naturel et d’acides carboxyliques. L’oxyde de fer naturel a été caractérisé par spectroscopie Raman, l’identification des produits de dégradation du fénuron et la proposition d’un mécanisme de dégradation ont été réalisées. Deux types d’irradiation ont été utilisés, i.e. l’irradiation solaire naturelle et l’irradiation par des UV générés par des lampes à vapeur de mercure. La photodégradation du fenuron en présence d’oxyde de fer naturel et l'acide oxalique obéit à une loi du premier ordre, les conditions expérimentales optimales pour ce système étaient [acide oxalique]0 = 10-3 M, [Hématite naturelle] = 0.1 g L-1 ; pH = 3. Le temps de demi-vie du fenuron est court (60 32 min) mais les résultats sont meilleurs sous irradiation solaire naturelle (30 15 min). L'acide oxalique est l’acide carboxylique le plus efficace en photodégradation du fénuron (disparition totale), l’ordre d’efficacité varie ainsi : acide oxalique > acide citrique > acide tartrique > acide malique. L’étude analytique de la dégradation du fénuron par ce procédé a permis l’identification de huit photoproduits aromatiques, de trois acides carboxyliques à courte chaîne de carbone et des ions inorganiques. Ce travail a permis de mettre en évidence le rôle de l’oxygène dissous dans le processus de dégradation du fenuron par le procédé de photo-Fenton-like, le processus ne peut pas avoir lieu en milieu désoxygéné car aucune production de H2O2 n’a été observée sous irradiation UV. L’oxygénation du milieu permet d’améliorer la capacité oxydative du procédé et d’augmenter le taux de minéralisation du carbone organique totale. En effet l’oxygénation du milieu augmente indirectement la production des radicaux hydroxyles par augmentation de la production de H2O2. Il a été mis en évidence pendant l’étude quantitative que l’oxygène était le réactif le plus consommé par ce procédé. Le traitement de la solution contenant 10-4 M de fenuron et 10-3 M d’oxalate a permis de réduire significativement la toxicité de la solution initiale après 360 minutes d’irradiation. / The photodegradation of the herbicide phenylurea by using a natural iron oxide (NIO) α-Fe2O3 in aqueous solution at acidic pH has been undertaken. The NIO was characterized by the Raman spectroscopy method. The degradation pathways and the formation of by-products were studied. A high-pressure mercury lamp and sunlight were employed as light source. Fenuron photodegradation using NIO with oxalic acid followed the pseudo-first order kinetics, the optimal experimental conditions were [oxalic acid]0 = 10−3 M and [NIO] = 0.1 g L−1 at pH 3. NIO/oxalic acid/UV system led to a low fenuron half-life (32 min). The results were even better when solar light is used (15 min). The effect of four carboxylic acids; oxalic, citric, tartaric and malic acids on the degradation efficiency was studied. Oxalic acid was the most effective carboxylic acid used on the fenuron photodegradation with NIO at pH 3. The analytical study showed many aromatic intermediates, short-chain carboxylic acids and inorganic ion.The role of dissolved oxygen (DO) in degradation and mineralization of fenuron in the photo-Fenton-like system by using the NIO was also studied; the NIO was used as an iron source. The DO effect has been elucidated by carrying out experiments with and without oxygen, it has been found that the degradation and mineralization rate were strongly affected by change in DO concentration. In absence of oxygen, there is no photo-Fenton-like because of the lack of hydrogen peroxide, the degradation was caused only by the photo-reduction of Fe(III) complex in this case. Oxygenation improved the hydrogen peroxide production under irradiation. The mass balance of the reactive species showed that dissolved oxygen was the main reactive consumed during the process. The toxicity decrease with irradiation time proves that the intermediates generated during photo-oxidation by the photo-Fenton-like system by using a NIO are less toxic than fenuron.

Le photovoltaïque est une énergie renouvelable pouvant aider à lutter contre le réchauffement climatique et l’épuisement des ressources fossiles utilisées pour la production d’énergie. La filière émergente à base de matériaux pérovskites (photovoltaïque de 3ème génération) est très prometteuse car elle utilise des matériaux abondants et faciles à mettre en œuvre (technologie bas-coût) et a montré de plus des rendements record compétitifs en peu de temps. Il reste cependant des verrous technologiques à lever afin de pouvoir développer cette technologie à grande échelle. L’un deux consiste à améliorer la couche de TiO₂ qui transporte les électrons et dont les défauts limitent les performances et la durée de vie des cellules photovoltaïques pérovskites. Ce travail propose l’utilisation de matériaux à base de nanostructures de carbone et de TiO₂ pour améliorer le transport et la collecte des électrons au sein de ces cellules photovoltaïques et ainsi améliorer leur rendement. Pour cela, la pyrolyse laser, technique singulière de production continue de nanoparticules, a été adaptée pour l’élaboration de nanocomposites TiO₂/graphène aux propriétés contrôlées. Ces matériaux ont été caractérisés puis intégrés aux cellules photovoltaïques pérovskites qui ont démontré une meilleure efficacité en présence de graphène. Par ailleurs, ce travail présente une architecture innovante à base de nanotubes de carbone alignés verticalement, en vue d’une application pour la collecte des électrons photo-générés des cellules photovoltaïques pérovskites. Les matériaux carbonés présentent donc de fortes potentialités pour l’optoélectronique, et plus particulièrement pour le photovoltaïque de 3ème génération. / Photovoltaic is a promising renewable energy to tackle global warming and the depletion of fossil resources. The emerging field of perovskite solar cells (3rd generation photovoltaic) is very attractive because it uses abundant and easy-processing materials (low-cost technology) and provides competitive efficiencies.Still, efforts remain to be performed to develop this technology, especially concerning the improvement of efficient and reliable charge transporting electrodes. Titanium dioxide layer, commonly used for electron extraction, presents defects that limit the performance and lifetime of the perovskite solar cells.This work proposes the use of materials based on TiO₂ and carbon nanostructures to improve the electron transport and collection within the solar cells, in order to enhance the power conversion efficiency. The singular technique of laser pyrolysis, which is a continuous process of nanoparticles synthesis, was adapted to produce TiO₂/graphene nanocomposites with well-controlled properties. These materials have been characterized and integrated into perovskite solar cells that demonstrate an improved efficiency in presence of graphene.Besides, this work presents an innovating architecture based on vertically aligned carbon nanotubes for the electron collection of a perovskite solar cell. We show then the strong potential of carbon materials for optoelectronic, especially 3rd generation photovoltaic.

För att elever skall tillgodose sig matematikundervisningen i skolan krävs en god taluppfattning. Med taluppfattning menas att elever har kunskap om tals relationer, betydelse, storlek och begreppen som relaterar till dem. Syftet med denna litteraturstudie är att visa vad forskning säger om vad elever behöver få syn på för att utveckla och stärka sin taluppfattning. Internationella undersökningar från 2012 samt 2013 visade att svenska elevers taluppfattning var under genomsnittet jämfört med andra länder som deltog. Till följd av detta infördes ett lärarlyft samt ett bedömningsstöd inom matematik där lärare får hjälp att på ett tidigt stadium kartlägga elevers kunskaper inom taluppfattning och på så sätt försöka förhindra framtida matematiksvårigheter. I denna litteraturstudie har det undersökts vad svensk och internationell forskning visar inom området, för att därefter sammanställa, analysera och jämföra dessa med läroplan, kurslitteratur och egna erfarenheter. Resultatet i denna studie visar på grundläggande färdigheter som elever måste få syn på för att utveckla taluppfattning. Resultatet framställer även viss forskning som menar att elever ej utvecklar taluppfattning av sig själva, utan att det är lärarens ansvar att genom en välstrukturerad och noga genomtänkt undervisning ge elever möjlighet att utveckla det, medan annan forskning påvisar att människan föds med en grundläggande taluppfattning och det är genom att undervisningen stöttar denna förmåga som elevers kunskaper stärks. Det framkom att satsningen på utveckling av elevers taluppfattning samt stöd i form av lärarlyft i matematik som utvecklades efter de internationella undersökningarna om elevers taluppfattning har gett resultat. Vårt resultat av denna litteraturstudie styrker det då det framkommer att en riktad undervisning inom taluppfattning ger goda resultat.

Ti thin films were deposited by a radio frequency ion-beam sputtering system. Deposition resulted from sputtering a Ti target (99.995%) with an Ar ion beam. Epitaxial TiO thin films with different orientations, which came from oxidizing Ti thin films, were prepared on single-crystal NaCl substrate. The formation of epitaxial TiO2 thin films (anatase or rutile phase) by oxidation of epitaxial TiO thin films was investigated. The composition, microstructure, and orientation relationships between interfaces were analyzed by TEM and Fourier transformation in the present report. Epitaxial TiO thin films with different orientations were prepared on single-crystal NaCl substrate in the present study. The formation of epitaxial TiO2 thin films (anatase or rutile) by oxidation of epitaxial TiO thin films, which were first grown on different NaCl surfaces, was investigated. The composition, microstructure, and orientation relationships between interfaces were analyzed by TEM and Fourier transformation in this report. The TiO to anatase phase transformation has been studied by transmission electron microscopy in this Article. It is shown that prior formation of TiO from Ti film can induce the formation of anatase by thermal oxidation in air, otherwise only rutile is formed. Ti film deposited on the NaCl (001) surface is induced to form epitaxial TiO film by thermal oxidation in air. Further thermal oxidation in air partially transformed TiO into anatase (A) with a parallel orientation relationship of {200}A // {200}TiO. Detailed analysis of the lattice fringes image of the specimen reveals the presence of very high density of misfit dislocations. The TiO to anatase transformation is reversible as further annealing in a vacuum can turn the anatase back into TiO and eliminates the misfit dislocations. The transformation is analyzed in terms of the crystal structure, orientation relationship, and the dislocation distribution, which show that the TiO to anatase transformation is due to the close similarity between their structures. (Chapter 1) The anatase TiO2 (001) surface was shown to have superior photoreactivity. Epitaxial anatase (001) films used to be grown on single-crystal SrTiO3 and LaAlO3 substrates. It is shown in this report that these films can be grown also on the NaCl substrate, which is much cheaper and easily prepared. Epitaxial TiO (001) films were first grown on the NaCl (001) substrate. By testing the TiO-to-anatase transformation over temperature and time ranges, an epitaxial anatase (001) film was prepared by simple thermal oxidation in air. The formation of a single-variant anatase (001) film instead of a multiple-variant film is discussed in this report. (Chapter 2) An epitaxial rutile (100) thin film has been grown on NaCl substrate instead of other more expensive substrates. An epitaxial TiO (111) thin film with minor Ti phase was first deposited on the NaCl (111) surface by thermal evaporation. It was then transformed into the epitaxial rutile (100) thin film by subsequent thermal oxidation in air. TEM was used to analyze the phases and the orientation relationship. Our previous result showed that an epitaxial anatase (001) film was formed on the NaCl (001) surface in a similar process. The substrate-dependent formation of different TiO2 phase is also discussed in terms of the mismatch of the interfaces. (Chapter 3)

<p>Ispitana je direktna i indirektna razgradnja odabranih&nbsp; &beta;-blokatora (metoprolol- tartarata, MET i propranolol-hidrohlorida, PRO) kao i diuretika (hidrohlortiazida, HCTZ) i njegovog stabilnog intermedijera hidrolize 4-amino-6-hlor-1,3-benzendisulfonamida (ABSA). Praćena je i kinetika razgradnje direktnom i indirektnom fotolizom uz primenu UVA, UVC, sunčevog i simuliranog sunčevog zračenja (SSZ). Najpre je ispitana&nbsp; stabilnost MET pod dejstvom SSZ, UVA, UVC, UVA/H₂O_{2 ,} i UVA/&nbsp; BrO₃^-. Dalje je ispitana efikasnost razgradnje MET pod dejstvom O₃i UVC/O_3. Identifikovano je deset intermedijera tokom UVC, O_3&nbsp;i UVC/O₃ razgradnje, pri&nbsp; čemu samo jedan ima značajno vi&scaron;u toksičnost prema algama i bakterijama u odnosu na ostale. Efikasnost fotokatalitičke razgradnje MET je ispitana u TiO₂ suspenzijama sa komercijalnim katalizatorima (Wackherr i Degussa P25). Mehanizam fotokatalitičke razgradnje je detaljno ispitan, pri&nbsp; čemu je identifikovano&nbsp; četrnaest intermedijera. EC₅₀ vrednost MET i njegovih sme&scaron;a nastalih pri fotokatalitičkoj razgradnji su određene na tri ćelijske linije sisara (H-4-II-E, HT-29 i MRC-5). Kako bi se povećala efikasnost&nbsp; rocesa fotokatalitičke razgradnje primenom komercijalnih katalizatora, ispitan je&nbsp; uticaj prisustva elektron-akceptora u suspenziji, pri čemu je upoređen uticaj O₂/H₂O₂, i O₂/ BrO₃^-&nbsp;na mehanizam razgradnje. Na osnovu teorije funkcionala gustine stekao se uvid u promene unutar molekula MET u prisustvu reaktivnih radikala. Takođe, ispitana je efikasnost nedopiranih TiO₂ , kao i dopiranih La(III) nanoprahova sintetisanih sol&minus;gel postupkom, u razgradnji MET. Uticaj temperature &nbsp;kalcinacije na fotokatalitičku efikasnost TiO 2 nanoprahova dopiranih pomoću La(III) &nbsp;ispitana je na supstratima MET i PRO, pri čemu je analiziran i uticaj strukture&nbsp; polaznog jedinjenja na&nbsp; informacija efikasnost fotokatalitičke razgradnje. Rezultati su upoređeni sa nedopiranim TiO₂nanoprahom i TiO₂Degussa P25 (pri pH-vrednosti 9). Pored toga, ispitana je kinetika i toksičnost PRO i njegovih intermedijera nastalih tokom razgradnje sa TiO₂Degussa P25. Ispitan je i uticaj strukture polaznog jedinjenja (MET, HCTZ i ABSA) na fotorazgradnju pod dejstvom&nbsp;UVA, sunčevog i simuliranog sunčevog zračenja, u odsustvu/prisustvu TiO₂ Degussa P25. Takođe, ispitan je i sinergistički efekat MET i ABSA na proces hidrolize, direktne fotolize i fotokatalize sa SSZ/TiO₂Degussa P25. Kako bi se stekao uvid u toksičnost proučavanih sistema, ispitan je njihov uticaj na rast odabranih ćelijskih linija sisara.</p> / <p>Direct and indirect degradation of selected&nbsp; &beta;-blockers (metoprolol tartrate, MET and&nbsp;propranolol hydrochloride, PRO) and also diuretic (hydrochlorothiazide, HCTZ) in &nbsp;addition to its stable hydrolysis intermediate 4-amino-6-chloro-&nbsp;&nbsp; 1,3-benzenedisulfonamide (ABSA) were investigated. The kinetics of their degradation obtained by direct and indirect photolysis under UVA, UVC, sunlight and simulated sunlight irradiation (SSI) have been followed. Firstly, the stability of MET under influence of SSI, UVA, UVC, UVA/H₂O₂ , and UVA/&nbsp; BrO₃^- has been investigated. Further, the efficiency of MET degradation under influence of O₃, and UVC/O₃ has been explored. Ten intermediates have been identified during the UVC, O₃, and UVC/O₃ treatments, while only one intermediate had significantly higher toxicity towards the algae and bacteria in respect to the others. Efficiency of&nbsp; photocatalytic degradation of MET was investigated in TiO₂ suspensions with&nbsp;commercial catalysts (Wackherr and Degussa P25). Mechanism of photocatalytic degradation was investigated in detail according to which fourteen intermediates were identified. EC 50 &nbsp;value of MET and its mixtures formed during the photocatalytic degradation has been determined at three mammalian cell lines (H-4-II-E, HT-29, and MRC-5). In order to improve the efficiency of photocatalytic degradation process applying commercial catalysts, the influence of presence of electron acceptors in suspension has been investigated and the influence of O₂/H₂O_2&nbsp;and O₂/BrO₃^- to the mechanism of degradation has been compared. Based on the density&nbsp; functional theory an insight to the changes within MET molecule in the presence of reactive radicals has been made. Also, the efficiency of bare TiO₂, as well as&nbsp;doped La(III) nanopowders synthesized by sol-gel procedure, in the degradation of&nbsp; MET has been investigated. The influence of calcination temperature on&nbsp; hotocatalytic efficiency of TiO_2&nbsp;nanopowders doped with La(III) has been studied on the MET and&nbsp; PRO substrates, and the influence of structure of the starting compound on the&nbsp; efficiency of &nbsp;photocatalytic degradation had been analyzed. Results have been&nbsp; compared with bare TiO_2&nbsp;nanopowder and TiO₂ Degussa P25 (at pH value of 9). Besides, kinetics and toxicity of PRO and its intermediates formed during the degradation with TiO₂ Degussa P25 have been investigated. The influences of starting compound&rsquo;s structure (MET, HCTZ, and ABSA) to photodegradation under UVA, sunlight and SSI, in the absence/presence of TiO₂ Degussa P25, have been investigated. Also, the synergistic effects of MET and ABSA to the process of&nbsp; hydrolysis, direct photolysis, and photocatalysis with SSI/TiO₂ Degussa P25 have been investigated. In order to get &nbsp;an insight into the toxicity of the studied systems, their influence on the growth of selected mammalian cell lines has been investigated as well.</p>

L'objectif général du travail de recherche était l'amélioration de la compréhension de la réaction de dégradation photocatalytique de l’acide salicylique choisi comme polluant modèle. Un réacteur ouvert ayant un canal parallélépipédique, de largeur et de profondeur de l'ordre du millimètre, imprégné de catalyseur TiO₂ , a permis de caractériser la dégradation de l’acide salicylique en fonction des dimensions du canal, du débit, de la concentration en polluant et de l’intensité d'irradiation UV. La fraction dégradée d’acide salicylique diminue avec le débit, la concentration d’entrée et augmente avec l’intensité d’irradiation UV. Pour un temps de passage donné, la réduction de la profondeur et la largeur du microcanal, améliore l’efficacité de la dégradation. En effet, d'une manière générale, la vitesse de la réaction de dégradation est proportionnelle à la surface catalytique sur le volume réactionnel. Le rapport de la surface imprégnée sur le volume du microcanal est augmenté par la miniaturisation du canal ce qui entraine une meilleure dégradation. Un modèle basé sur le modèle de Langmuir-Hinshelwood et tenant compte du transfert de matière permet de rendre compte des résultats expérimentaux. Ce modèle met en évidence que la limitation de la réaction de dégradation par le transfert de matière est plus importante aux plus faibles débits (< 10 ml/h) et quand le canal devient plus profond. La simulation prédit des taux de conversion de l’ordre de 90 %, soit en agissant sur la géométrie (réacteur multicanaux, longueur totale des canaux de l’ordre du mètre), soit sur le procédé (réacteur à recyclage fermé) / The overall objective of the research work was to improve the understanding of the photocatalytic reaction of salicylic acid degradation chosen as model pollutant. An open reactor having a parallelepiped channel, of width and depth near millimetre size, coated with TiO₂ catalyst, was used to characterize the salicylic acid degradation in function of channel dimensions, flow rates, inlet pollutant concentrations and UV irradiation intensities. The degraded fraction of salicylic acid decreases with the flow rate, inlet concentration while it increases with UV irradiation intensity. For a given residence time, the reduction of the microchannel depth and width improve the degradation efficiency. Indeed, the reaction rate of degradation generally increases with the ratio of catalyst area on reaction volume. The ratio of coated area on microchannel volume is increased by miniaturization of the channel which leads to a larger degradation. A model based on the Langmuir-Hinshelwood approach which takes into account the mass-transfer account very well for the experimental results. This model highlights that reaction limitation by mass-transfer is larger at the lowest flows (< 10 mL/h) and when the channel becomes deeper. The simulation allows us to predict that conversion ratio of about 90%, can be reach by both acting on the geometry (multichannel reactor, total length of channels of the order of meter) or on the process (batch recirculation reactor)