Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures - ICMN

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Almaza ABI KHALIL

Sujet : Etude et développement d’un matériau composite innovant et éco-compatible pour le piégeage universel et réversible de polluants métalliques : application à la remédiation d’effluents industriels et au recyclage de métaux.


Encadrants
 : Fabrice MULLER (ICMN), Sandrine DELPEUX (ICMN), Stephanie BETELU (BRGM), Alain SERON (BRGM)

Laboratoires d’accueil : Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures (ICMN), CNRS / Université d’Orléans & Bureau de recherche géologique et minière (BRGM)

Spécialité : Chimie des matériaux

Ecole doctorale : Energie Matériaux Sciences de la Terre et de l’Univers


Contrat de Recherche/Financement
 : BRGM/Région centre

Domaines ou mots clés : Matériaux hybrides, métaux, valorisation , électrochimie, dépollution.

Résumé :
L’industrie du traitement de surface des métaux, de même que certaines industries dans les domaines de l’hygiène, de l’agro-alimentaire, … génèrent des effluents pollués par des métaux, en particulier Cr, Cu, Ni, Zn, Pb, … En raison de leur caractère non biodégradable, les métaux sont une source de pollution durable. Dans ces rejets industriels coexistent souvent des contaminants anioniques d’origine minérale (NO3-, SO42-…). Le durcissement des règles européennes en matière de gestion des effluents pollués amène les industriels à rechercher des procédés de traitements de plus en plus performants, afin de limiter leurs rejets vers les milieux naturels et vers les STEP.
Dans ce contexte, les travaux menés au cours de la thèse s’appuieront sur les fonctionnalités des matériaux développés respectivement par l’ICMN et le BRGM pour le développement de matériaux composites innovants pour un piégeage universel des polluants métalliques. L’association de solides de type Hydroxydes Doubles Lamellaires (HDLs), de matériaux carbonés (Oxyde graphitique, carbones poreux) et de bio-polymères (chitosane) permettra de traiter simultanément les problématiques relatives aux polluants métalliques anioniques et cationiques rencontrés dans les eaux de process industriels.

Les HDLs sont des argiles anioniques de type lamellaires, dont les feuillets sont formés de métaux divalents et trivalents causant un excès de charge positive compensé par l’intercalation d’anions. Ces matériaux seront obtenus au BRGM en utilisant la co-précipitation a pH variable, qui consiste à ajouter une solution alcaline à une solution de sel de métaux. Les matériaux hybrides seront synthétisés sous la forme de billes millimétriques à l’ICMN par un procédé au cours duquel un gel de chitosane contenant les différents composants (HDLs et OG) est introduit goutte à goutte dans une solution alcaline. Les performances d’adsorption des adsorbants hydrides élaborés seront mesurées vis-à-vis de contaminants anioniques (sulfates, nitrates, nitrite, phosphates etc…) et cationiques (cuivre, nickel, zinc, plomb, etc…), seuls et en mélange afin de quantifier les phénomènes de compétition et d’évaluer les interactions entre les composants.

Enfin, la régénération du matériau par voie électrochimique sera recherchée en vue d‘une augmentation de la durée de vie du matériau de traitement et du recyclage des polluants, vers un procédé réversible. Ce sujet de thèse s’intègre naturellement dans les thématiques de recherche collaboratives entre l’ICMN et le BRGM.