Filtres à base de matériaux nanoporeux / Filters based on nanoporous materials
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Différents types de filtres sont élaborés au LEDNA :

Filtres-concentrateurs ou filtres spécifiques de piégeage. Les premiers sont déposés sous forme de films minces nanoporeux sur divers capteurs , comme des capteurs à onde acoustique (SAW) ou des capteurs résistifs à base de nanotubes de carbone (NTC). Ainsi, pour la détection du formaldéhyde avec les capteurs SAW, la taille des nanopores du matériau est comprise entre 0.8 et 2 nm et la surface du film est fonctionnalisée avec des groupements amine pour retenir et concentrer CH2O aux dépens des molécules de plus grande taille. Pour la détection du benzène avec les capteurs NTC, le matériau nanoporeux comporte des groupements phényle favorisant les interactions π-π* entre cycles aromatiques. Grâce au revêtement de filtre-concentrateur, le capteur SAW peut détecter 80 ppb de CH2O et le capteur NTC quelques dizaines de ppb de benzène dans l’air.

Des filtres colorimétriques ont été développés pour le piégeage spécifique du formaldéhyde, de la trichloramine et de l’ozone. Les réactions colorimétriques mises en jeu dans les pores des matériaux et l’évolution de la coloration en fonction de la durée d’exposition aux polluants permettent de contrôler l’état de saturation des filtres. Ces réactions sont les suivantes pour CH2O, NCl3 et O3 :

On peut noter que l'intercalation d'un filtre de O3 en amont d'un capteur à base de semiconducteur (WO3) sensible à la fois à O3 et NO2 permet la mesure sélective de NO2.

Filtration en milieu liquide : Outre la filtration sélective en milieux gazeux, le LEDNA s’intéresse également à la dépollution de l’eau avec la mise en œuvre de nouveaux matériaux composites de type cœur-coquille, CA@F-SiO2, à base de charbon actif (CA) et de nanoparticules silicatés fonctionnalisés (F-SiO2). Ces matériaux composites offrent de nouvelles propriétés de piégeage supérieures à celles du mélange des composés inviduels CA et F-SiO2. CA@F-SiO2 piège aussi bien les pesticides et herbicides que CA seul, et montre une bien meilleure efficacité de piégeage pour les petites molécules polaires tels que l’acétone ou l’acétaldéhyde.

A gauche : Image MEB de CA@SiO2,
à droite : comparaison des performances de piégeage de l’acétone en milieu liquide
avec divers CA-F-SiO2, CA et SiO2 seuls ainsi que leur mélange CA+SiO2.

Références :

M. Othman, C. Théron, M. Bendahan, L. Caillat, C. Rivron, S. Bernardini, G. Le Chevallier, E. Chevallier, M.-P. Som, K. Aguir and T.-H. Tran-Thi, Selective detection of NO2 with specific filters for O3 trapping, Sensors & Actuators B, 2018, 265, 591-599.

M. Vanotti, C. Theron, S. Poisson, V. Quesneau, M. Naitana, V. Soumann, S. Brandès, N. Desbois, C. Gros, T-H. Tran-Thi, V. Blondeau-Patissier, Surface Acoustic Wave Sensors for the Detection of Hazardous Compounds in Indoor Air, Eurosensors, Proceedings 2017, 1,444.

 

Filters based on nanoporous materials

Various types of filters are  developed at LEDNA:

Concentrator filters or specific trapping filters. The first are deposited in the form of thin nanoporous films on various sensors like acoustic wave sensors (SAW) or resistive sensors based on carbon nanotubes (CNTs). Thus, for the detection of formaldehyde with SAW sensors, the size of the nanopores of the material is between 0.8 and 2 nm, and the surface of the film is functionalized with amine groups to retain and concentrate CH2O at the expense of larger molecules. For the detection of benzene with NTC sensors, the nanoporous material comprises groups phenyl favoring π-π * interactions between aromatic rings. Thanks to the filter-concentrator coating, the SAW sensor can detect 80 ppb of CH2O and the NTC sensor a few tens of ppb of benzene in air.

Colorimetric filters have been developed for the specific trapping of formaldehyde, trichloramine and ozone. The colorimetric reactions involved in the pores of the materials and the evolution of the coloration as a function of exposure to the pollutants allows controlling the saturation state of the filters. These reactions are as follows for CH2O, NCl3 and O3:

Note that the intercalation of an O3 filter upstream of a semiconductor-based sensor (WO3) sensitive to both O3 and NO2 allows selective measurements of NO2.

Filtration in liquids: In addition to selective filtration in gaseous media, the LEDNA is also interested in the depollution of water with the implementation of new core-shell composite materials, CA @ F-SiO2, based on activated carbon (CA) and functionalized silicate nanoparticles (F-SiO2). These composite materials offer new trapping properties superior to those of the simple mixing of individual CA and F-SiO2. CA @ F-SiO2 traps both pesticides and herbicides as CA alone, and shows much better trapping efficiency for small polar molecules such as acetone or acetaldehyde.

A gauche : Image MEB de CA@SiO2,
à droite : comparaison des performances de piégeage de l’acétone en milieu liquide
avec divers CA-F-SiO2, CA et SiO2 seuls ainsi que leur mélange CA+SiO2.

See references above (french version).

 

Maj : 01/08/2018 (2883)

 

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