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Extraction à deux phases aqueuses à l'aide d'alcools polyéthoxylés en vue de l'élimination de polluants organiques et d'ions métalliques

Nogueira Duarte, Lindemberg de Jesus. Extraction à deux phases aqueuses à l'aide d'alcools polyéthoxylés en vue de l'élimination de polluants organiques et d'ions métalliques. PhD, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2005

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Official URL: http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000424/

Abstract

Au-delà d'une température appelée “point de trouble” (TC) les solutions aqueuses de la plupart des tensioactifs non ioniques polyéthoxylés se séparent en deux phases liquides en équilibre : le coacervat, riche en tensioactif, et la phase diluée. Grâce à la solubilisation micellaire de composés hydrophobes, amphiphiles ou même ioniques et à leur concentration dans le (faible) volume de coacervat, une extraction à deux phases aqueuses (extraction par point de trouble ou par coacervat) peut être réalisée et appliquée à des opérations de dépollution d'effluents industriels ou à la concentration ou encore à la séparation de substances à haute valeur ajoutée. Cette technique peut donc conduire à un procédé de "Chimie verte", c'est-à-dire non polluant et peu coûteux en énergie. Une première partie de cette thèse consiste à établir des corrélations empiriques entre les propriétés des alcools éthoxylés (AE) à chaîne linéaire et leur structure chimique. De plus, comme préliminaire à la mise au point d'un procédé d'extraction par coacervat, les propriétés thermodynamiques superficielles et d'association (micellisation) d'alcools éthoxylés industriels (mélange d'espèces éthoxylées) en solution aqueuse sont déterminées. Les courbes de démixtion des systèmes binaires H2O-AE en fonction de la température ainsi que l'effet de divers additifs sur le point de trouble sont mis en évidence. Enfin, des diagrammes isothermes de systèmes ternaires H2O-AE-soluté sont tracés. La deuxième partie du travail concerne l'extraction de polluants organiques dissous (phénol, alcools et amines aromatiques) à partir de solutions modèles par des alcools oxo éthoxylés (CiEj), facilement biodégradables. La phase aqueuse polluée et la solution de tensioactif sont mélangées et séparées à une température dépendant de la position du point de trouble. En utilisant un plan d'expériences de type Scheffé et un lissage empirique des courbes, on cherche le meilleur compromis entre pourcentage de soluté extrait (parfois supérieur à 90%), facteur de concentration du soluté, coefficient de distribution du soluté et fraction volumique de coacervat, celle-ci à réduire au minimum (un polluant plus concentré étant plus facile à traiter). Des corrélations linéaires entre les constantes d'équilibre, à savoir, la constante de solubilisation micellaire (KS) et le coefficient de distribution (KCoacervat/Diluée), et le coefficient de partage octanol/eau (exprimé par log P) montrent que l'extraction par coacervat est principalement gouvernée par l'hydrophobie du soluté. Le coacervat se comporte donc comme un solvant organique classique. En ce qui concerne la solubilisation sélective, des essais de séparation de solutés ne montrent pas de synergie. L'hydrophobie des solutés et de faibles concentrations en tensioactif favorisent les séparations. D'autre part, dans le cas d'au moins un soluté acide ou basique, il est possible, en jouant sur le pH, non seulement d'améliorer les séparations, mais aussi de réaliser les étapes de désextraction des solutés et de recyclage du tensioactif. Enfin, afin de traiter des exemples de séparations délicates, telles que celles de mélanges racémiques (DL-DOPA), un tensioactif non ionique chiral (dérivé de la lysine) est synthétisé en vue d'une utilisation dans l'extraction énantiosélective par point de trouble. Après un premier essai peu concluant, la mise au point d'une telle séparation reste à effectuer. Enfin, la troisième partie concerne l'extraction de polluants métalliques solubles (Ni++, Cd++, Pb++, Cr3+) à partir de solutions modèles par un mélange de tensioactifs non ionique (AE) et anionique. Alors que, grâce à son point de trouble, l'AE permet d'obtenir deux phases, le tensioactif anionique joue le rôle du complexant. L'intérêt majeur provient de l'absence d'emploi de complexants coûteux. Les résultats sont très prometteurs car les pourcentages d'extraction varient de 50 à 90%, les meilleures performances étant obtenues pour Pb2+, dont l'enthalpie d'hydratation est la plus faible. On montre en outre que ces micelles mixtes permettent de traiter des solutions contaminées à la fois en polluants organiques et métalliques.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution: Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT
Laboratory name:
Research Director:
Canselier, Jean Paul
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