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Caractérisation physico-chimique de biochars

ABG-88412 Stage master 2 / Ingénieur 6 mois 550 euros
09/11/2019
Université Savoie Mont-Blanc
Le Bourget du Lac Auvergne-Rhône-Alpes France
  • Chimie
  • Matériaux
Biochars, carbone poreux, chimie de surface, porosité, structure, caractérisation
15/01/2020

Établissement recruteur

LCME (Laboratory of Molecular Chemistry and Environment)

The Laboratory of Molecular Chemistry and Environment is a research unit belonging to the University Savoie Mont-Blanc. It is composed of 12 associate professors and professors, 5 engineers, technicians and administrative staff, 5 PhD students, some post-docs and also Master students.

The scientific topics are mainly focused on chemistry of sustainable development and environmental chemistry.

Research activities concern  :

1/ molecular synthesis and materials elaboration using methodologies based on sustainable chemistry (i.e. green chemistry).

2/ the study of biogeochemical cycles of persistent organic pollutants with the aim of minimizing anthropic pressure on ecosystems

 

Specific equipment and expertise:

- Sampling devices for the collection of atmospheric particles, semi-volatile pollutants, total atmospheric deposits and lake sediments

- Laboratory analytical platform to characterize water, air and soils (HPLC, GS/MS, GC/FID, HPLC-MS-MS)

- On line atmospheric analyzer, drone to monitor water quality

- Ultrasonic reactors and transducers

- Apparatus for the characterization of solids (BET surface area measurement instrument, TGA-DSC analyzer, SEM, etc…)

Description

Dans le cadre d’un projet de collaboration Franco-Suisse (Interegg SYLVO) sur la préparation de biochars utilisés pour le traitement de l’eau; le travail du stagiaire de Master 2 sera de caractériser une série de « Biochars » (carbonisats issus de bois) fournie par une équipe animatrice du projet. Le stagiaire s’investira dans des expériences physico-chimiques telles que des dosages (pH métrie), des traitements thermiques, de la microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X, de la spectroscopie infra-rouge, de l’analyse thermogravimétrique, de l’adsorption de gaz (N2 et CO2), etc..

Une partie du travail de caractérisation portera sur les propriétés chimiques des biochars : taux de cendres (Norme ASTM), Analyse élémentaire (C, H, O, N, S), analyse des impuretés métalliques par microanalyse X (couplée à la microscopie électronique à balayage) , diffraction des rayons X, et analyse par ICP (analyse des cendres), caractérisation des groupes de surfaces présents dans les biochars (méthode de Boehm, spectroscopie infra-rouge), détermination de la distribution des pKa, du pH de point de charge nulle, du potentiel zeta en fonction du pH, détermination de la quantité d’hydrocarbures aromatiques polycycliques dans les biochars, de la teneur en matière soluble dans l’eau et dans HCl, de la teneur en eau (par analyse thermogravimétrique).

La caractérisation structurale des matériaux sera effectuée par diffraction des rayons X et spectroscopie Raman.

La porosité des biochars sera déterminée  à plusieurs échelles (macropores, micropores et mésopores). La macroporosité sera observée par microcopie électronique à balayage. La porosité ouverte totale sera déterminée par des mesures de pycnométrie dans l’eau. Les surfaces spécifiques BET et les distributions de taille de pores microporeuses et mésoporeuses seront obtenues à partir des isothermes d’adsorption de dioxyde de carbone à 273 K et d’azote à 77 K.

L’étudiant devra rédiger un rapport final comportant les résultats et interprétations des travaux de caractérisation effectués pendant le stage. Une présentation des résultats intermédiaires et finaux devra être faite à l’ensemble des partenaires du projet.

As part of “French-Swiss Interreg” program (named SYLVO) about the preparation of biochars applied for water treatment, the work of the trainee of Master 2 will be to characterize a series of “biochars” (activated carbons made from wood) provided by a team leader of the program. The student will operate several experiments as titrations (pH measurements), thermal treatments, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, infra-red spectroscopy, thermogravimetric analysis, gas adsorption (N2 and CO2), etc..

A part of the work will concern the characterization of the chemical properties of biochars : ash ratio (ASTM standard), elemental analysis (C, H, O, N, S), metallic impurities determination by X-ray microanalysis (coupled to scanning electron microscopy), X-ray diffraction and ICP analysis (analysis of ash), characterization of oxygenated surface groups in the biochars (Boehm analysis, infra-red spectroscopy), determination of pKa distribution, pH of point zero charge, zeta potential as function of pH, determination of the amount of polycyclic aromatic hydrocarbons in the biochars, of the  soluble matter ratio in water and in HCl, of the water ratio (by thermogravimetric analysis).

The structure of materials will be investigated by X-ray diffraction and Raman spectroscopy.

The biochar’s porosity will be determined at different scales (macropores, micropores and mesopores).The macroporosity will be observed by Scanning Electron Microscopy. The total open porosity will be determined by pycnometry measurements in water. The BET specific surface area and the pore size distribution (micropores and mesopores) will be obtained from the adsorption isotherms of carbon dioxide at 273 K and nitrogen at 77 K.

The student will have to write intermediate reports and a final report including the results and interpretations of the characterization works realized during the training period.Oral presentations will be given by the student at the meetings involving the SYLVO partners.

 

Profil

The candidate should be a Master 2 student in Chemistry (A or B mark). The candidate should have strong skills in materials chemistry (inorganic chemistry). Knowledge in characterization of porous materials will be positively considered. The Master student should have qualities for manipulation and be curious and interested in research work. The candidate is expected to produce independent and original research in the defined area, to be capable of working highly autonomous, to interact with the members of the group, to write progress reports, and to participate in dissemination activities (publications, workshop, and progress meetings).

Le candidat est un bon étudiant de Master 2 en Chimie si possible spécialisé en Chimie des Matériaux ou Chimie Inorganique. Des connaissances sur la caractérisation des solides poreux seront appréciées. Le candidat devra faire preuve de curiosité et d’intérêt pour la recherche. Il devra être autonome pour son travail expérimental, pour l’interprétation des résultats d’analyse et devra communiquer et interagir avec l’encadrement. Il devra écrire des rapports (intermédiaires et finaux) et participer aux réunions de travail et d’avancement (présentation orale des résultats) et à la rédaction éventuelle de publications en anglais.

Prise de fonction

23/03/2020
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