Systèmes chélatants organisés pour l'extraction sélective de métaux stratégiques

Organized chelating systems for the selective extraction of strategic metals

• Auteur / Autrice : Moheddine Wehbie
• Direction : Stéphane Pellet-Rostaing, Iyad Ezzedine-Karamé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie séparative, matériaux et procédés
• Date : Soutenance le 15/12/2016
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Séparative de Marcoule
• Jury : Président / Présidente : Peter Hesemann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Pellet-Rostaing, Iyad Ezzedine-Karamé, Peter Hesemann, Micheline Draye, Jean-Bernard Regnouf de Vains, Laure Dehuyser, Guilhem Arrachart
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Micheline Draye, Jean-Bernard Regnouf de Vains

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calixarènes

Extraction liquide-liquide

Liquides ioniques

Uranium

Métaux des terres rares

Composés macrocycliques

Mots clés libres

Macrocycles

Extraction liquide-liquide

Lanthanides

Uranium

Liquide ionique

Calixarène

Macrocycles

Liquid-Liquid extraction

Lanthanides

Uranium

Ionic liquid

Calixarene

Résumé

L’extraction liquide-liquide fait partie des procédés hydrométallurgiques les plus étudiés et développés, particulièrement dans les domaines d'applications de l’extraction et de la purification de métaux comme les lanthanides et les actinides, de grand intérêt dans les secteurs de l'énergie et des technologies de pointe. De nombreux extractants ont ainsi été développés au cours des dernières décennies dont la nature et l’arrangement des sites de chélation, la rigidité voire la stéréochimie déterminent l’affinité et la sélectivité vis-à-vis d’une cible métallique. L’étude de systèmes chélatant organisés sur des macrocycles a notamment fait l’objet de nombreux travaux recherches. Dans cette étude, l'organisation de sous-unités diglycolamide (DGA) et diamide (DA) sur des plateformes macrocycliques tel que le calix[4]arène et le résorcinarène a été abordée vis-à-vis de l’extraction des terres rares et de l’uranium. Une étude détaillée de l'effet de l'organisation du DGA sur les performances d'extraction montre que les macrocycles synthétisés sont plus affins et sélectifs des terres rares lourdes (HREEs) que des légères (LREEs). Une étude comparative dédiée à l'extraction des lanthanides par ces macrocycles en milieu liquide ionique montre également que le calix[4]arène est un meilleur candidat comme plateforme pré-organisatrice que le cavitand résorcinarène. D'autre part, une étude détaillée sur le pouvoir chélatant d’un calixarène fonctionnalisé par des diamides a été entreprise pour l'extraction sélective de l'uranium en milieu sulfurique, démontrant ici que le motif diamide est plus efficace et plus sélectif que l’analogue calixarénique.

The liquid-liquid extraction is one of the most studied and developed hydrometallurgical processes, particularly in the areas of applications for the extraction and purification of metals of great interest in the sectors of energy and advanced technologies, such as lanthanides and actinides. Many extractants have been developed for the extraction of these metals in the recent decades where the nature, the arrangement, the rigidity and the stereochemistry of chelating sites determine the affinity and selectivity toward the target metals. The study of chelating systems organized on macrocycles has constituted, in particular, the subject of numerous research studies.In this study, the organization of diglycolamide (DGA) and diamide (DA) subunits on Calix-[4]-arene and resorcinarene cavitand was studied for the extraction of rare earth elements (REEs) and uranium (U). A detailed study on the effect of the organization of DGA subunit on the extraction performance of lanthanides, in toluene, showed that the synthesized macrocycles are more efficient and more selective toward heavy rare earths (HREEs) than the light ones (LREEs). A comparative study for the extraction of lanthanides by these macrocycles in ionic liquid medium revealed that the calix-[4]-arene is a better candidate as preorganised platform than the resorcinarene cavitand. Moreover, a detailed study on the chelating capacity of a calixarene functionalized with diamides (DA) was done for the selective extraction of uranium in sulfuric medium, demonstrating that the diamide pattern is more efficient and more selective than its calixarene analogue.