Submitted by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-08-08T18:02:30Z No. of bitstreams: 1 CACURO_Thiago_2016.pdf: 32188052 bytes, checksum: 4ea1d6b1518db8bbf23e24ea2e2a94d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-08-08T18:03:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CACURO_Thiago_2016.pdf: 32188052 bytes, checksum: 4ea1d6b1518db8bbf23e24ea2e2a94d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-08-08T18:03:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CACURO_Thiago_2016.pdf: 32188052 bytes, checksum: 4ea1d6b1518db8bbf23e24ea2e2a94d7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-08T18:03:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CACURO_Thiago_2016.pdf: 32188052 bytes, checksum: 4ea1d6b1518db8bbf23e24ea2e2a94d7 (MD5) Previous issue date: 2016-03-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The ashes resulting from the burning of sugarcane bagasse is a heterogeneous material and has various applications as an adsorbent. To enhance and assist in prospecting new applications is critical to better understand the properties of the material. In this work, its morphological, spectroscopic and elemental characterization of the ashes of sugarcane bagasse from three different plants and two different harvests and the prospect of its use as an adsorbent. The particles of the ash were separated according to their density and in order to characterize, FTIR was used in the investigation of chemical groups present in the samples, additionally to the SEM and EDS elemental and morphological characterization of the particles present in the samples. Cenospheres, spherical particles present in ash, were identified as coreshell structure, where the core is a mixed metal oxide and the shell is a layer of silicon dioxide. The correlation between the ratio of the relative abundance between the carbonyl and hydroxyl groups and the mass distribution of the granulometric extracts were used as indirect measure of the level of oxidation of the samples. The ashes’ adsorption capacity showed affinity for the methylene blue dye with an adsorption capacity of 39 mg of dye per gram of ash used, in contrast to the low adsorption of potassium chromate solution, 1.2 mg per gram of ash. / As cinzas oriundas do processo de queima do bagaço de cana-de-açúcar são um material heterogêneo e com diversas aplicações, como a adsorção. Para potencializar e auxiliar na prospecção de novas aplicações é fundamental conhecer melhor as propriedades do material. Neste trabalho foi feita esta caracterização morfológica, espectroscópica e elementar das cinzas do bagaço da cana-de-açúcar provenientes de três diferentes usinas e duas diferentes safras e a prospecção de seu uso como adsorvente. As partículas das cinzas foram separadas de acordo com sua densidade e para a caracterização foi utilizada a técnica de FTIR na investigação dos grupos químicos presentes nas amostras e MEV juntamente com o EDS para a caracterização morfológica e elementar. As cenosferas, partículas esféricas presentes nas cinzas, foram identificadas como estruturas coreshell onde o core é composto por um misto de óxidos metálicos e o shell composto por dióxido de silício. A correlação entre a razão da abundância relativa entre os grupos de carbonila e hidroxila e a distribuição mássica dos extratos granulométricos, foi usada como medida indireta do nível de oxidação das diferentes amostras. Quanto à sua capacidade de adsorção, as cinzas mostraram afinidade na adsorção do corante azul de metileno com uma capacidade de adsorção de 39mg de corante por grama de cinza usada em contraste com a baixa adsorção apresentada para a solução de cromato de potássio com 1,2 mg por grama de cinza.

Des nanoparticules d’or dispersées dans un carbone mésoporeux CMK-n (n = 1,3 et 8) ont été obtenues par une méthode originale qui consiste à répliquer des silices mésoporeuses dans lesquelles les particules d’or ont été préalablement formées. La taille des particules d’or est plus petite lorsque la surface de la silice est fonctionnalisée par un thiol (MPTMS) (dAu ~ 2 nm) que par un ammonium (TPTAC) (dAu ~ 6 nm). La taille des particules d’or dans les répliques peut être contrôlée à la fois par la température de calcination du moule et par la température de pyrolyse de la source de carbone. Bien que les répliques carbonées soient beaucoup mieux dispersées dans le milieu réactionnel apolaire que les moules siliciques correspondants, elles sont moins actives dans les oxydations aérobies du cyclohexène et du trans-stilbène en phase liquide. Les meilleures performances dans l'oxydation de ces deux molécules ont été obtenues sur les répliques pyrolysées à 750°C et contenant des particules d’or de taille moyenne d'environ 2 nm. Les très petites particules sont moins actives, probablement parce qu'elles sont complètement enrobées par du carbone, donc inaccessibles. Les performances catalytiques de nos répliques ont été comparées avec celles d'un catalyseur Au/CMK-3 préparé par dépôt colloïdal sur un carbone mésoporeux pré-formé. Les résultats montrent que nos catalyseurs sont beaucoup moins actifs que celui préparé par dépôt colloïdal, car la majorité des particules dans nos répliques sont recouvertes par du carbone. L'inaccessibilité des particules aux gaz a été confirmée par une mesure de chimisorption d’hydrogène sur un catalyseur Pt/CMK-3 préparé par une méthode identique. / Highly dispersed gold nanoparticles in ordered mesoporous carbons CMK-3 have been obtained by an original method which consists in replicating mesoporous SBA-15 silicas containing gold nanoparticles. The gold particle size is smaller when the silica surface is functionalized with a thiol (mercaptopropyl graft, MPTMS) (dAu ~ 2 nm) than with an ammonium (TPTAC) (dAu ~ 6 nm). The gold particle size in replicas can be controlled by both the calcination temperature of the silica template and the pyrolysis temperature of the carbon source. Although the carbon replicas are much better dispersed in non polar solvents than the corresponding silica templates, they are less active in the aerobic oxidations of cyclohexene and trans-stilbene in the liquid phase. The best performances in the oxidation of these two molecules have been obtained on replicas pyrolysed at 750°C and containing gold particles with an average size of about 2 nm. The very small particles are unexpectedly less active probably because they are completely coated by carbon, and thus inaccessible. The catalytic performances of our replicas have been compared with those of a Au/CMK-3 catalyst prepared by colloidal deposition onto a preformed mesoporous carbon replica. The results show that our catalysts are much less active than that prepared by colloidal deposition because the majority of particles in our replicas are covered by carbon. The inaccessibility of particles to gases has been confirmed by hydrogen chemisorption on a Pt/CMK-3 catalyst prepared by an identical method.

Des carbones dérivés de carbures à porosité monodisperse et nanocentrée autour de 0,6 nm ont été préparés par fluoration de carbures via l’arrachement sélectif de l’élément métallique et le maintien de l’empreinte carbonée initiale. Les carbures précurseurs ont été choisis parmi deux des classes de carbures à savoir interstitiels pour le carbure de titane et de niobium et covalents pour le carbure de silicium. La fluoration directe procédant sous flux d’une atmosphère de fluor pur apparait comme étant la seule méthode de fluoration apte à déstabiliser les poudres cristallisées. Appliquée au carbure de titane, des matériaux à teneur variable en carbone et en trifluorure de titane ont été obtenus et caractérisés structuralement par Diffraction des Rayons X quantitative, spectroscopies IR et Raman et leur texture sondée par Microscopie Electronique à Balayage et à Transmission et isothermes d’adsorption à l’azote à 77K. Ils ont aussi été évalués comme matériau d’électrode de supercondensateurs. La fluoration du carbure de silicium pour la stabilisation d’une phase carbonée est plus difficile et seule l’abaissement de la cristallinité du carbure par l’utilisation d’une mise en forme de type couche mince combinée à une méthode de fluoration alternative par décomposition de l’agent fluorant XeF2 ont permis d’obtenir une couche mince de carbone nanostructurée valorisable comme lubrifiant solide et aux propriétés de mouillabilité modulables. / Carbide-derived Carbons (CDC) with monodisperse ultramicroporosity have been prepared by carbide fluorination thanks to selective etching of metallic element. The chosen carbides precursors were titanium and niobium carbides, and silicon carbides from interstitial and covalent carbide family, respectively. Direct fluorination proceeding by a pure flow of 1 atm. of molecular fluorine is the only fluorination way which leads to the transformation of the powdered and highly crystallized carbide into some carbons. Materials with different ratio of carbon and solid titanium trifluoride were successfully obtained by direct fluorination of titanium carbide, characterized by quantitative XRD, IR and Raman spectroscopies and Scanning and Transmission Electronic Microscopies and used in supercapacitors. The direct fluorination of silicon carbide in order to form carbon is more difficult because of the competition between carbon formation and its degradation into gaseous carbon fluorides. To success in our goal, thin film morphology was used as precursor. However, an accurate fluorination way is needed and decomposition of XeF2 fluorinating agent was chosen. Thin films with variable thickness of nanostructured carbon at the surface were obtained and used as solid lubricant with tunable wettability properties.

Les effluents industriels sont constitués de molécules de natures très diverses, plus ou moins réfractaires aux classiques traitements biologiques. Les normes de rejets évoluant régulièrement vers des contraintes de plus en plus sévères, il semble aujourd'hui nécessaire de proposer des solutions complémentaires pour atteindre de hauts rendements d'épuration. Le premier procédé mis en oeuvre dans ce travail est l'adsorption sur charbon actif. Le caractère novateur de cette technique se situe dans l'utilisation de charbons actifs fabriqués à partir de boues de stations d'épuration d'eaux usées. La seconde méthode est un procédé hybride innovant combinant adsorption et photocatalyse avec TiO2. Les eaux industrielles ciblées sont les effluents colorés, représentés par la tartrazine, et les effluents phénolés représentés par le phénol, l'acide p-hydroxybenzoïque, le p-chlorophénol er le p-nitrophénol. Pour traiter par adsorption les eaux chargées en phénols, plusieurs charbons actifs commerciaux et six charbons de boues ont été utilisés. Il ressort de cette première étude que, malgré leurs faibles surfaces spécifiques, certains charbons de boues présentent des performances très satisfaisantes. Le procédé séquentiel combinant adsorption et photocatalyse a été réalisé avec plusieurs matériaux: un tissu Ahlstrom contenant du charbon et du TiO2, un charbon actif avec dépôt de TiO2 par MOCVD puis un mélange de charbon actif et TiO2 en poudre. Des résultats prometteurs ont été obtenus pour dégrader la tartrazine, en particulier avec le TiO2 déposé sur charbon actif montrant que la proximité de sites d'adsorption et photocatalytique améliore les performances de l'oxydation / In order to explore a new sequential process for water treatment its two steps, adsorption on activated carbon and in situ photocatalytic oxidative regeneration, were investigated successively. Several commercial activated carbons (AC) and sewage sludge based activated carbons (SBAC) were tested with several phenols and one dye as pollutants. Despite low BET surface SBAC exhibits convenient adsorption properties. Photocatalysis on TiO2 was carried out with several materials to achieve activated carbon adsorption- egeneration process: a multilayer tissue with fixed granular AC and TiO2 on a sheet, a composite with TiO2, CVD deposited on AC, and AC-TiO2 powder mixture for comparison. Promising results were obtained especially with TiO2 deposited on AC proving the vicinity of adsorption and photocatalytic sites to be beneficial

Les carbones amorphes hydrogénés (a–C:H ou HAC) constituent une composante importante de la poussière interstellaire. Ces grains hydrocarbonés sont observés au travers de bandes d’absorption IR à 3.4, 6.9 et 7.3 microns, caractéristiques des vibrations des liaisons C-H aliphatiques. Leurs signatures spectrales sont détectées dans le milieu interstellaire diffus de différentes lignes de visée de la Voie Lactée, mais aussi de nombreuses autres galaxies. Cette thèse porte sur l’étude de ces a–C:H interstellaires, à la fois au travers d’observations de ces poussières, et grâce à la synthèse et la caractérisation d’analogues de laboratoire.Une première partie de mon travail de thèse est consacrée à l’observation de la bande à 3.4 microns des a–C:H du milieu interstellaire diffus galactique en direction de la source IRAS 18511+0146. La bande d’absorption des modes d’élongation C-H détectée dans cette direction, vers différentes lignes de visée proches les unes des autres, présente des profondeurs optiques similaires et les plus fortes observées dans la Voie Lactée en dehors du centre galactique. Différentes interprétations de la profonde bande dans cette direction sont discutées.Des analogues de ces poussières carbonées aliphatiques ont été synthétisés en laboratoire, sous forme de films, grâce à un plasma, et reproduisent bien les bandes IR observées dans le milieu interstellaire diffus. Ces échantillons ont été caractérisés par spectroscopie d’absorption dans l’UV-visible et l’IR.Puisque les a–C:H émettent un rayonnement visible après absorption de photons UV ou visibles, une partie de la thèse est consacrée à une étude systématique de cette photoluminescence. Pour la première fois, les rendements absolus et intrinsèques de photoluminescence d’a–C:H sont déterminés pour une large gamme de longueurs d’onde d’excitation. Les propriétés de la photoluminescence des a–C:H sont confrontées aux observations de l’Emission Rouge Etendue, une large bande d’émission interstellaire dont les porteurs ne sont pas identifiés.Afin de déduire l’influence des rayons cosmiques sur ces poussières carbonées, les analogues produits ont été irradiés par différents ions énergétiques dont le dépôt d’énergie est similaire à celui du rayonnement cosmique interstellaire. Les effets induits ont été suivies par IR. L’analyse de la déshydrogénation des a–C:H observée au travers de la disparition progressive des bandes des C-H aliphatiques permet de déduire l’évolution de ces poussières interstellaires et de leurs signatures spectrales sous l’effet des rayons cosmiques. La destruction induite par les rayons cosmiques est comparée aux effets de l’exposition aux photons UV et aux atomes d’hydrogène afin d’interpréter l’évolution de la bande d’absorption à 3.4 microns observée dans le milieu interstellaire diffus, mais pas dans les nuages denses. / The hydrogenated amorphous carbons (a–C:H or HAC) are an important component of interstellar dust. These hydrocarbon grains are observed through IR absorption bands at 3.4, 6.9 and 7.3 microns, due to aliphatic C-H bond vibrations. Their spectral signatures are detected in the diffuse interstellar medium along several sight lines in the Milky Way and in many external galaxies. This thesis deals with the study of such interstellar a–C:H, both through their astrophysical observation and the synthesis and characterisation of laboratory analogues.A first part of this PhD work concerns the 3.4 microns band observation in the galactic diffuse interstellar medium in the direction of IRAS 18511+0146 source. The C-H stretching mode absorption band detected toward several lines of sight of this cluster has the strongest optical depths observed in the Milky Way outside the galactic center. Different interpretations for this deep absorption band in this direction are discussed.Analogues of the amorphous carbonaceous dust component have been produced in the laboratory with a plasma source. Their IR spectra are in excellent agreement with the absorption bands observed in the diffuse interstellar medium. The samples have been characterised by UV-visible and IR absorption spectroscopy.Since a–C:H emit a visible radiation when they absorb UV or visible photons, a systematic study of this photoluminescence is performed. For the first time, the absolute and intrinsic photoluminescence yield of a–C:H is measured for a broad range of excitation wavelengths. The photoluminescence properties of a–C:H is compared to observations of the Extended Red Emission, a large interstellar emission band whose carriers are not identified.To infer the influence of cosmic rays on this carbonaceous dust, the produced analogues have been irradiated by different swift ions, similar to interstellar cosmic rays. The induced modifications have been monitored by their IR spectrum. The a–C:H dehydrogenation is observed through the progressive disappearance of the aliphatic C-H bands. Its analysis allows us to deduce the evolution of the a–C:H dust and its spectral signatures under cosmic ray exposition. The destruction due to cosmic rays is compared to the effects induced by exposure to UV photons and hydrogen atoms, in order to interpret the evolution of the absorption band at 3.4 microns observed in the diffuse interstellar medium, but not in dense clouds.

Nano-scaled carbons were produced by thermal treatment of pine wood chips and bio-char. The influence of temperature, heating rate, pyrolysis time, and type and flow rate of purge gas on the production of nano-carbons was investigated. Using TEM and SEM, different carbon-based nanomaterials were observed in the prepared samples. The effect of metal ion doping on the bio-char was also investigated. Highly functionalized nano carbonaceous materials were synthesized by low temperature hydrothermal carbonization (HTC) using glucose, sucrose, xylose, and cellulose. Carbon-encapsulated iron (Fe@C) core-shell particles were also synthesized by the HTC method and used as catalyst for Fischer-Tropsch synthesis to produce liquid hydrocarbons from syngas; it showed excellent activity. Nano-structured Co-Mo carbides over several nano-sized carbon materials were prepared using the carbothermal reduction and carbothermal hydrogen reduction methods. Nano-structured Co-Mo carbides derived from Vulcan® XC-72 were used as the catalyst to produce higher alcohols.