Influence de l'acide silicique sur la rétention du sélénium (IV) sur des oxydes de fer

Influence of silicic acid on the retention of selenium (IV) onto iron oxides

• Auteur / Autrice : Norbert Jordan
• Direction : Nicolas Marmier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Complexation

Adsorption

Oxydes de fer

Sélénium

Mots clés libres

Acide silicique

Résumé

Durant ce travail de thèse, l’influence de l’acide silicique sur la rétention du sélénium (IV) sur la goethite, l’hématite et la magnétite a été étudiée, avec pour objectifs une meilleure compréhension des processus et mécanismes mis en jeu. Suite à plusieurs types d’expériences de sorption en batch, nous avons démontré que l’acide silicique se sorbait à la surface des trois matériaux étudiés sur une large gamme de pH, avec pour conséquence une modification de la réactivité globale de la surface des solides. Les courbes de sorption obtenues ont été modélisées à l’aide du modèle de complexation de surface à 2 pK en considérant la formation de deux complexes de surface monodentale =FeH3SiO4 et =FeH2SiO4. Les isothermes de saturation, au cours desquelles des concentrations croissantes en acide silicique étaient introduites, nous ont permis d’observer le probable présence d’un changement de mécanismes durant l’adsorption : une première étape où se formait une monocouche d’acide silicique, suivie d’une deuxième étape durant laquelle la formation de minéraux silicatés ou une précipitation de surface d’une couche couvrante de silice pourraient avoir lieu. Ces phénomènes ont été mis en évidence par spectroscopie XPS et RAMAN. Ensuite, à l’aide d’expériences d’adsorption en conditions anoxiques en présence des deux éléments d’intérêt introduits simultanément et séquentiellement dans les suspensions, nous avons mi en évidence l’existence d’un phénomène de compétition entre le sélénium (IV) et l’acide silicique pour les sites de surface de la goethite, de l’hématite ainsi que de la magnétite. La spectroscopie XPS a démontré l’absence de réduction du sélénium (IV) à la surface de la magnétite dans nos conditions expérimentales. Finalement, nous avons étudié l’interaction entre une couche de magnétite électrodéposée à la surface d’une plaque de fer et le sélénium (IV) en conditions anoxiques. Les analyses en spectroscopie XPS et RAMAN nous ont permis d’observer la réduction du sélénium (IV) en sélénium élémentaire.

During this work, the influence of silicic acid on the retention of selenium (IV) onto goethite, hematite and magnetite has been studied, aiming to increase our knowledge on the involved mechanisms. After several kind of sorption experiments, we showed that silicic acid was sorbed onto the surface on the three studied materials, involving a modification of the global surface reactivity of the solids. The sorption edges were fit with the 2 pK surface complexation model by considering the formation of two monodentate surface complex, namely =FeH3SiO4 and =FeH2SiO4. During the saturation experiments, where increasing initial concentrations of silicic acid were added, we observed the probable presence of a changing in the mechanisms during the adsorption : a first step where a monolayer of sorbed silicic acid was formed, followed by a second step where the formation of silicates compounds ir the surface precipitation of a coating of silica could occur. Those phenomena were observed by XPS and RAMAN spectroscopies. Then, by adsorption experiments in anoxic conditions where the two studied elements were added simultaneouslyt and sequentially in the suspensions, we observed a competition phenomenon between selenium (IV) and silicic acid for the surface sites of goethite, hematite and magnetite. XPS results showed the absence of reduction of selenium (IV) in our experimental conditions. Finally, we also examined the interaction between a layer of magnetite formed electrochemically on a iron foil and selen,ium (IV) in anoxic conditions. The reduction of selenium (IV) into elementary selenium was observed by XPS and RAMAN measurements.