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Auteur ZERROUKI Aicha
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Titre : Elaboration d’électrodes catalytiques à base du complexe métallique [BS-Fe], Application dans les piles à combustible microbiennes. Type de document : document électronique Auteurs : ZERROUKI Aicha, Auteur Année de publication : 2017-2018 Accompagnement : CD Langues : Français (fre) Catégories : CHIMIE:Industrie Chimique et Pharmaceutique Mots-clés : Complexes organometalliques base de Schiff piles à combustible microbiennes liquide ionique bioénergie Membranes polymères Numéro de transport
Organometallic complexes Schiff base microbial fuel cells ionic liquids bioenergy Polymer membranes Transport numberRésumé : Les piles à combustible microbiennes (PCM) présentent une technologie prometteuse
qui génère de l'électricité à partir de plusieurs substrats et déchets biodégradables. Le
principal inconvénient de ces dispositifs est la nécessité d'utiliser le platine comme catalyseur
pour la réaction de réduction d'oxygène à la cathode, ce qui rend le procédé relativement
coûteux. Dans ce travail, deux nouveaux matériaux à faible coût sont élaborés et testés
comme catalyseurs dans les PCM pour rendre ces piles plus attractives. En effet, Un nouveau
complexe de fer/ n-phényledenparaethoxy aniline a été synthétisé et testé en tant que
catalyseur dans des PCM à chambre unique, ses performances ont été comparées à un
matériau inorganique commercial tel que le nickel de Raney. Les résultats montrent que les
deux matériaux conviennent à la production de bioénergie et au traitement des eaux usées
dans les systèmes. Les cathodes en nickel de Raney permettent aux PCM d'atteindre une
puissance maximale de 160 mW.m-3, tandis que le complexe de fer donne des valeurs plus
faibles. En ce qui concerne la capacité de traitement des eaux usées, les PCM fonctionnant
avec des cathodes à base de nickel Raney atteignent des valeurs plus élevées d'élimination de
la demande chimique en oxygène (76%) que les performances des cathodes à base de Fe
(56%).
Par ailleurs, nous avons étudié l’influence des membranes échangeuse d'ions sur les
PCMs. Les nombres de transport de deux ions métalliques et de protons à travers ces
membranes ont été déterminés en utilisant la méthode électrochimique de Hittorf. La
membrane échangeuse de cations Nafion, ayant un site actif sulfonique (-SO3
-), a donné le
nombre de transport du cuivre relativement inférieur à celui du sodium, laissant ainsi la place
au proton à se déplacer. Au contraire, la membrane anionique du site actif alkylammonium (-
NR4
+) a empêché le transfert de métaux cationiques et a permis au proton de se déplacer par
défaut de perméabilité sélective. En effet, le PCM avec la membrane anionique AMX, a
donné une densité de puissance relativement plus élevée (1,10 mW / m2) par rapport à la
membrane échangeuse de cations Nafion (0,45 mW / m2).
Microbial fuel cells (MFCs) are a promising technology that generates electricity from
several biodegradable substrates and wastes. The main drawback of these devices is the need
of using a catalyst for the oxygen reduction reaction at the cathode, which makes the process
relatively expensive. In this work, two low cost materials are tested as catalysts in MFCs. A
novel iron complex based on the ligand n-phenyledenparaethoxy aniline has been synthesized
and its performance as catalyst in single chamber MFCs containing ionic liquids has been
compared with a commercial inorganic material such as Raney nickel. The results show that
both materials are suitable for bioenergy production and wastewater treatment in the systems.
Raney nickel cathodes allow MFCs to reach a maximum power output of 160 mW.m−3 anode,
while the iron complex offers lower values. Regarding the wastewater treatment capacity,
MFCs working with Raney nickel-based cathodes reach higher values of chemical oxygen
demand removal (76%) compared with the performance displayed by the cathodes based on
Fe-complex (56%).
In the second part of this work, we studied the influence of ion exchange membranes on
PCMs. The transport numbers of two metal ions and proton through these membranes were
determined using the well-known electrochemical Hittorf’s method. The cation exchange
membrane Nafion, having sulfonic reactional site (–SO3
-), yielded the transport number of
copper relatively less than that of sodium, leaving way to proton to be transported. In contrast,
the anion membrane of alkyl ammonium reactional site (–NR4
+) prevented the transfer of
cation metals and allowed the proton to displace by defect of permselectivity. In effect, the
MFC with the anion membrane AMX, gave relatively higher power density (1.10 mW/m2)
compared to the cation exchange membrane Nafion (0.45 mW/m2).
Directeur de thèse : ILIKTI Hocine Elaboration d’électrodes catalytiques à base du complexe métallique [BS-Fe], Application dans les piles à combustible microbiennes. [document électronique] / ZERROUKI Aicha, Auteur . - 2017-2018 . - + CD.
Langues : Français (fre)
Catégories : CHIMIE:Industrie Chimique et Pharmaceutique Mots-clés : Complexes organometalliques base de Schiff piles à combustible microbiennes liquide ionique bioénergie Membranes polymères Numéro de transport
Organometallic complexes Schiff base microbial fuel cells ionic liquids bioenergy Polymer membranes Transport numberRésumé : Les piles à combustible microbiennes (PCM) présentent une technologie prometteuse
qui génère de l'électricité à partir de plusieurs substrats et déchets biodégradables. Le
principal inconvénient de ces dispositifs est la nécessité d'utiliser le platine comme catalyseur
pour la réaction de réduction d'oxygène à la cathode, ce qui rend le procédé relativement
coûteux. Dans ce travail, deux nouveaux matériaux à faible coût sont élaborés et testés
comme catalyseurs dans les PCM pour rendre ces piles plus attractives. En effet, Un nouveau
complexe de fer/ n-phényledenparaethoxy aniline a été synthétisé et testé en tant que
catalyseur dans des PCM à chambre unique, ses performances ont été comparées à un
matériau inorganique commercial tel que le nickel de Raney. Les résultats montrent que les
deux matériaux conviennent à la production de bioénergie et au traitement des eaux usées
dans les systèmes. Les cathodes en nickel de Raney permettent aux PCM d'atteindre une
puissance maximale de 160 mW.m-3, tandis que le complexe de fer donne des valeurs plus
faibles. En ce qui concerne la capacité de traitement des eaux usées, les PCM fonctionnant
avec des cathodes à base de nickel Raney atteignent des valeurs plus élevées d'élimination de
la demande chimique en oxygène (76%) que les performances des cathodes à base de Fe
(56%).
Par ailleurs, nous avons étudié l’influence des membranes échangeuse d'ions sur les
PCMs. Les nombres de transport de deux ions métalliques et de protons à travers ces
membranes ont été déterminés en utilisant la méthode électrochimique de Hittorf. La
membrane échangeuse de cations Nafion, ayant un site actif sulfonique (-SO3
-), a donné le
nombre de transport du cuivre relativement inférieur à celui du sodium, laissant ainsi la place
au proton à se déplacer. Au contraire, la membrane anionique du site actif alkylammonium (-
NR4
+) a empêché le transfert de métaux cationiques et a permis au proton de se déplacer par
défaut de perméabilité sélective. En effet, le PCM avec la membrane anionique AMX, a
donné une densité de puissance relativement plus élevée (1,10 mW / m2) par rapport à la
membrane échangeuse de cations Nafion (0,45 mW / m2).
Microbial fuel cells (MFCs) are a promising technology that generates electricity from
several biodegradable substrates and wastes. The main drawback of these devices is the need
of using a catalyst for the oxygen reduction reaction at the cathode, which makes the process
relatively expensive. In this work, two low cost materials are tested as catalysts in MFCs. A
novel iron complex based on the ligand n-phenyledenparaethoxy aniline has been synthesized
and its performance as catalyst in single chamber MFCs containing ionic liquids has been
compared with a commercial inorganic material such as Raney nickel. The results show that
both materials are suitable for bioenergy production and wastewater treatment in the systems.
Raney nickel cathodes allow MFCs to reach a maximum power output of 160 mW.m−3 anode,
while the iron complex offers lower values. Regarding the wastewater treatment capacity,
MFCs working with Raney nickel-based cathodes reach higher values of chemical oxygen
demand removal (76%) compared with the performance displayed by the cathodes based on
Fe-complex (56%).
In the second part of this work, we studied the influence of ion exchange membranes on
PCMs. The transport numbers of two metal ions and proton through these membranes were
determined using the well-known electrochemical Hittorf’s method. The cation exchange
membrane Nafion, having sulfonic reactional site (–SO3
-), yielded the transport number of
copper relatively less than that of sodium, leaving way to proton to be transported. In contrast,
the anion membrane of alkyl ammonium reactional site (–NR4
+) prevented the transfer of
cation metals and allowed the proton to displace by defect of permselectivity. In effect, the
MFC with the anion membrane AMX, gave relatively higher power density (1.10 mW/m2)
compared to the cation exchange membrane Nafion (0.45 mW/m2).
Directeur de thèse : ILIKTI Hocine Exemplaires
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