Mécanisme d'adsorption des espèces en solution de l'uranium sur matériaux poreux à haute capacité

Adsorption mechanisms of uranium aqueous species on highly porous materials

• Auteur / Autrice : Jérémie Huynh
• Direction : Emmanuel Tertre, Isabelle Batonneau-Gener, Sébastien Royer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 05/12/2017
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'environnement Gay Lussac (La Rochelle ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (2012-....) - Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers / IC2MP
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Yannick Pouilloux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Tertre, Isabelle Batonneau-Gener, Sébastien Royer, Michaël Descostes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jocelyne Brendlé, Cédric Carteret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Uranium

Adsorption

Fonctionnalisation chimique

Matériaux poreux

Mots clés libres

U(vi)

Normes

Adsorption aqueuse

Mésoporeux

Sba-15

Fonctionnalisation

Aminopropyle

Ions compétiteurs

U(vi)

Regulations

Aqueous adsorption

Mesoporous

Sba-15

Functionalization

Aminopropyl

Competitive ions

Résumé

En France, les anciennes mines d'uranium et leurs eaux d'exhaure font l'objet d’une surveillance environnementale dû à la présence de stériles miniers qui peuvent modifier la chimie des eaux en augmentant leur concentration en uranium. Afin de pouvoir rejeter des eaux dans le milieu naturel dont les concentrations en U(VI) soient conformes aux normes, des stations de traitement ont été mises en place. Cependant, une future règlementation diminuera drastiquement la limite autorisée de rejet en uranium impliquant une révision des méthodes d'élimination de celui-ci. L'adsorption aqueuse est une méthode efficace et peu couteuse. Les matériaux à mésoporosité ordonnée présentent des propriétés d'adsorption intéressantes à cause de leurs propriétés texturales et leurs possibles fonctionnalisations. Plusieurs familles de matériaux mésoporeux (silices fonctionnalisées ou non, carbones, oxyde de magnésium) ont été synthétisées, caractérisées et utilisées pour adsorber U(VI). Des études en batch et en dynamique ont été réalisées à partir de solutions reconstituées et d'eaux d'exhaure issues du site de Bellezane (87) sur les différents matériaux choisis, et les mécanismes d'adsorption ont été étudiés en fonction de la spéciation aqueuse de l'uranium et de la présence d'ions compétiteurs. Les résultats ont montré que la SBA-15 greffée avec des fonctions aminopropyles, présentait les meilleures capacités d'adsorption à pH 6. Il a été montré que l'U(VI) s'adsorbait par formation de complexe de sphère interne dans la mésoporosité du matériau, et que la présence de complexes entre l'U(VI) et les carbonates dissous diminuait significativement la capacité d'adsorption du matériau en U(VI).

In France, former uranium mines and their draining effluents are kept under environmental monitoring due to the presence of mine tailings which can modify the chemistry of surface waters and increase their uranium concentration. In order to decrease the U(VI) concentration to the one set by the standards, water treatment facilities are used. However, an incoming regulation will drastically decrease the allowed U(VI) concentration in the released water, implying the changing of the current U(VI) removal methods. Aqueous adsorption is known to be an efficient and non expensive method. Ordered mesoporous materials have interesting adsorption properties due to their textural properties and their ability to be functionalized. Different types of mesoporous materials (functionalized or non functionalized silica, carbon, magnesium oxide) were synthesized, characterized, and experimented as U(VI) adsorbents. Studies made in batch and dynamic modes were achieved from reconstituted solutions and mine-water from the Bellezane's site (87), on the different materials, and adsorption mechanisms were studied in function of the aqueous uranium speciation and the presence of competitive ions. Results show that aminopropyl grafted SBA-15 displays the best adsorption capacities at pH 6. It is also shown that U(VI) adsorption proceeds through the formation of inner-sphere complex inside of the mesoporosity of the material, and that the presence of complexes involving U(VI) and dissolved carbonates significantly decrease the adsorption capacity of the material toward U(VI).