Synthesis and characterization of magnetic materials for the adsorption of pollutants in water
Synthèse et caractérisation de matériaux magnétiques pour l'adsorption de polluants présents dans les eaux
Résumé
The aim of this thesis is the development and characterization of multifunctional materials called magsorbents that could be integrated in a water-treatment process to improve current methods or to develop new methods. These materials are millimetric beads with a polymer matrix in which are encapsulated magnetic nanoparticles of maghemite; in order to develop an environment-friendly product, biopolymers such alginate and chitosan were selected for the matrix. Our materials possess adsorbing properties allowing the extraction of organic pollutants from water. The originality of these materials lies in their magnetic properties that could be exploited for their magnetic separation from the treated medium. The adsorption characteristics of the magnetics beads were assessed by using two dyes: methyl orange (negatively charged) and methylene blue (positively charged). We showed that alginate beads are efficient for the removal of positively charged pollutants while chitosan beads adsorb preferentially negatively charged pollutants. p-nitrophenol is weakly adsorbed by both, alginate and chitosan beads. To overcome this problem, two solutions have been proposed in order to increase the beads hydrophobicity. The first one is adding a cationic surfactant, cetylpyridinium chloride, into alginate beads. The second solution is to encapsulate pillared clay into alginate beads. Both solutions show their efficiency in improving p-nitrophenol adsorption by alginate beads.
L'objectif de ce travail est le développement et la caractérisation de matériaux magnétiques (magsorbants) qui pourraient être intégrés dans un procédé assisté magnétiquement dont la finalité est de compléter les procédés actuellement utilisés dans les filières de traitement des eaux. Pour s'inscrire dans une démarche d'écoconception, nos matériaux sont des billes millimétriques constituées d'une matrice biopolymère (alginate ou chitosane) dans laquelle sont encapsulées des nanoparticules magnétiques. Ces billes sont bifonctionnelles, elles possèdent des propriétés adsorbantes permettant l'extraction de polluants organiques. Mais leur originalité réside dans leurs propriétés magnétiques qui sont mises à profit pour les séparer magnétiquement de l'eau à dépolluer. Les propriétés d'adsorption des billes magnétiques vis-à-vis de polluants organiques modèles ont été étudiées en regardant l'effet de différents paramètres tels que le pH et la force ionique de la solution, la concentration initiale en polluant et le temps de contact. Dans un premier temps, les polluants modèles considérés sont des colorants chargés. Nous avons montré que les billes d'alginate sont efficaces pour adsorber le bleu de méthylène chargé positivement alors que les billes de chitosane adsorbent le méthylorange chargé négativement. Par contre, le p-nitrophénol est faiblement adsorbé par les billes d'alginate et de chitosane. Pour pallier ce problème, deux solutions ont été proposées dans le but d'augmenter l'hydrophobicité des billes. La première consiste à ajouter un tensioactif cationique aux billes d'alginate. La deuxième solution est d'encapsuler une organobentonite dans les billes.
Origine : Version validée par le jury (STAR)