Études et optimisation de films minces par électrochimie pour le développement de procédés innovants de décontamination d’eaux polluées

Studies and optimization of thin films by electrochemistry for the development of innovative processes for the decontamination of polluted water

• Auteur / Autrice : Rana Choumane
• Direction : Sophie Peulon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 19/12/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire analyse et modélisation pour la biologie et l'environnement (Evry, Essonne ; 1998-)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Lincot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Peulon, Daniel Lincot, Christine Mousty, Hervé Gallard, Anne-Marie Gonçalves, Serge Palacin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christine Mousty, Hervé Gallard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dioxyde de manganèse

Adsorption

Déchets -- Élimination

Eau -- Pollution par les métaux lourds

Mots clés libres

Electrodépôt

Résumé

Dans ce travail de thèse, deux procédés de décontamination ont été développés vis-à-vis de métaux lourds présents en solutions aqueuses sous forme solubles. Le premier procédé utilise des films minces de birnessite, synthétisés et optimisés par électrochimie, avec des propriétés de sorption maximales. Parmi différents échantillons, les films minces de birnessite HB.4 possèdent des capacités d’adsorption importantes vis-à-vis du plomb et du cadmium, avec une simplicité dans leur préparation et leur utilisation. Un post-traitement électrochimique simple et rapide accroit encore significativement les capacités. La possibilité d’une désorption totale (plomb ou cadmium) en fonction de la chimie du milieu a été montrée. Ce matériau présente également de bonnes capacités de sorption vis-à-vis du nickel et du cuivre.Le second procédé de décontamination par électrochimie développé dans ce travail est innovant et particulièrement efficace. Il permet de décontaminer des solutions aqueuses chargées en Pb(II) jusqu’à une élimination de 99,99% et d’atteindre ainsi des concentrations acceptables pour l’environnement et l’eau potable, et ce même si la solution est concentrée et contient d’autres espèces chimiques ou métaux lourds. Ce procédé permet d’éliminer aussi le nickel, ou le cuivre mais pas le cadmium. Le principe est d’éliminer le métal soluble sous forme d’un film adhérent sur un substrat conducteur. Des caractérisations par MEB, DRX, EDS ont confirmé la nature des solides. Ces matériaux présentent des nanostructures particulières qui pourraient être valorisables. Enfin, ces deux procédés ont été appliqués avec succès sur des mélanges complexes et des échantillons réels

In this thesis work, two decontamination processes have been developed versus heavy metals present in aqueous solutions as soluble form. The first method uses birnessite thin films synthesized and optimized by electrochemistry with maximum sorption properties. Among the different samples, birnessite HB.4 thin films present significant adsorption capacities with respect to lead and cadmium, with simplicity in their preparation and their use. Simple and fast electrochemical post-treatment still significantly increases the capacities. The possibility of a total desorption (lead or cadmium) depending on the chemistry of the medium has been shown. This material also has good sorption capacities with respect to nickel and copper.The second electrochemical decontamination process developed in this work is innovative and particularly effective. It allows decontaminating aqueous solutions loaded with Pb (II) up to a removal of 99.99% and thus reaching acceptable concentrations for the environment and drinking-water, even if the solution is concentrated and contains other chemical species or heavy metals. This process also eliminates nickel or copper but not cadmium. This process is based on eliminate the soluble metal in the form of an adherent film on a conductive substrate. The characterizations by SEM, DRX, EDS confirmed the nature of the solids. These formed materials have particular nanostructures that could be valuable. Finally, these two methods have been successfully applied to complex mixtures and real samples.