Recherche Avancée

Thèse soutenue

Synthèse et transformations minéralogiques des hydroxydes doubles lamellaires calcium-fer pour l'élimination des phosphates en milieu aqueux

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Auteur / Autrice : Muayad Al-Jaberi
Direction : Christian Ruby, Sébastien Naille
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie
Date : Soutenance le 23/06/2016
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : SESAMES - Ecole Doctorale Lorraine de Chimie et Physique Moléculaires
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour les Matériaux et l’Environnement (Nancy)
Jury : Président / Présidente : Hans Christian Bruun Hansen
Rapporteurs / Rapporteuses : Hans Christian Bruun Hansen, Vanessa Prévot

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Eau -- Épuration -- Déphosphatation
Hydroxydes doubles lamellaires

Résumé

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La mise au point de nouveaux matériaux pour piéger les anions phosphate présents dans les eaux usées est une des clés pour lutter contre le phénomène d’eutrophisation des eaux de surface. Au cours de cette étude, les hydroxydes doubles lamellaires contenant des ions CaII et FeIII dans les feuillets cationiques et des anions chlorure et nitrate au sein de l’espace inter-feuillets (CaFe-HDL-Cl et CaFe-HDL-NO3) ont été utilisés pour piéger les phosphates. Ces deux variantes d’HDL ont été synthétisées par trois méthodes simples de co-précipitation. La capacité de piégeage de ces matériaux a été évaluée par des expériences de sorption en « batch » à l’équilibre et des mesures de cinétique dans une gamme de pH comprise entre 4 et 12. La cinétique de piégeage du phosphate par les HDL obéit à une loi du pseudo-second ordre. Les isothermes révèlent que les HDL synthétisés avec un rapport CaII : FeIII de 2 : 1 sont les plus efficaces pour piéger les phosphates. On mesure des capacités de piégeage très élevées de l’ordre de 385 et 402 mg g-1 pour les composés CaFe-HDL-Cl et CaFe-HDL-NO3, respectivement. Les données obtenues à l’équilibre ont pu être ajustées par des isothermes de type Langmuir et/ou Freundlich. Pour des concentrations en phosphate élevées ([PO43-] ≥ 100 mg L-1), la caractérisation des solides et des liquides par diverses techniques révèlent que la HDL se dissout et libèrent des cations solubles Ca2+ qui précipitent avec les phosphates pour former l’hydroxyapatite Ca5(PO4)3OH. A ce mécanisme principal s’ajoute un mécanisme de piégeage secondaire qui est l’adsorption des phosphates par un gel ferrique dopé en ions calcium qui est lui aussi issu de la transformation minéralogique de l’HDL. A faible concentration en phosphate ([PO43-] ≥ 100 mg L-1), l’hydroxyapatite ne se forme pas et l’adsorption des phosphates par ce gel ferrique dopé en ions calcium devient le mécanisme de piégeage principal.