Etude des interactions de polluants minéraux et organiques avec des matrices phosphocalciques

Interaction of minerals and organic pollutants with calcium phosphate matrices

• Auteur / Autrice : Haroun Sebei
• Direction : Ange Nzihou, Patrick Sharrock
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 23/05/2013
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés, de l'énergie et de l'environnement (Albi ; 2012-....)

Mots clés

Mots clés libres

Matrice phosphocalcique

Gel

Valorisation

Sorption

Zinc

Catéchol

Traitement de l'eau

Cinétique

Mécanisme

Phosphocalcic matrix

Gel

Valorization

Sorption

Zinc

Catechol

Water treatment

Cnab

Kinetic

Mechanism

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude de performance de matrices phosphocalciques pour une application de dépollution d'effluents liquides. L'objectif à terme est de valoriser des déchets industriels riches en carbonate de calcium en matériaux pour des applications environnementales. Les matrices phosphocalciques ont été préparées à partir de matières premières pures afin de mieux comprendre les processus d'interactions avec les polluants. Ces matrices ont ensuite été évaluées dans le traitement d'effluents liquides synthétiques contenant du zinc ou du catéchol comme substances modèles. La matrice phosphocalcique sous forme de poudre a démontrée une capacité de rétention de zinc élevée, de l'ordre de 140 mgZn/gCa-HA. Sous forme de gel fraîchement synthétisé, cette matrice a été trouvée près de deux fois plus active dans des conditions expérimentales similaires. L'étude environnementale sur ces matrices récupérées à l'issue de la sorption du zinc, a été envisagée via le test de capacité de neutralisation acido-basique (CNAB). Un traitement thermique à une température inférieure à 600°C est suffisant pour stabiliser le zinc et donc limiter sa disponibilité. A l'inverse de leurs performances dans la fixation des métaux, les matrices phosphocalciques ont montré des réactivités relativement faibles vis à vis du catéchol (15 mgC/gCa-HA). Le pH a été trouvé comme étant un paramètre déterminant pour la fixation du catéchol. La fixation, voire dégradation, du catéchol peut être favorable en présence d'ions calciques et zinciques au sein du milieu réactionnel. La capacité d'interaction peut augmenter selon la combinaison métal-ligand. Les possibilités de fixation des polluants organiques restent encore à approfondir compte tenu de leurs extrêmes diversités.

This work investigates the efficiency of calcium phosphate matrices in the treatment of liquid effluents. It has ambition to valorize solid wastes rich in calcium carbonate for environmental purposes. Calcium phosphate matrices were synthesized from pure raw materials to better understand their interactions with pollutant molecules. These matrices were then evaluated in the treatment of liquid effluents containing zinc or catechol as model compounds. Calcium phosphate matrix in powder form presented a high retention capacity for zinc (140 mgZn/gCA-HA). By using calcium phosphate gels freshly synthesized, the sorption capacity increased nearly twice. The acid-base neutralizing capacity (CNAB) was measured in order to evaluate the environmental impact of the matrices recovered after zinc sorption. A thermal treatment below 600°C allows the stabilization of zinc and thus limiting its availability. In contrast to their performances in metal retention, calcium phosphate matrices showed low reactivity for the removal of catechol (15 mgC/gCA-HA). The pH influenced strongly the sorption process. The presence of calcium or zinc ions in the reaction medium may be favourable for the retention and/or degradation of catechol. The affinity may increase according to the metal-ligand combination. It is also interesting to investigate the performance of calcium phosphate matrices for the treatment of other organicpollutants taking into account their large diversity.