Elaboration de matériaux hybrides fonctionnalisés de type MOFs pour l’extraction sélective de l’uranium

Development of new hybrid materials as MOF for selective extraction of Uranium

• Auteur / Autrice : Damien Rinsant
• Direction : Daniel Meyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Séparative, Matériaux et Procédés
• Date : Soutenance le 09/10/2019
• 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 : Agnès Grandjean
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Meyer, Agnès Grandjean, Bénédicte Lebeau, Frédéric Taran, Martin Drobek, Eric Meux
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bénédicte Lebeau, Frédéric Taran

Mots clés

Mots clés contrôlés

Extraction (chimie)

Uranium

Metal-organic frameworks

Mots clés libres

Mof

Uranium

Extraction

Résumé

L’offre en combustible nucléaire à base d’uranium est un enjeu clé de la stratégie française de production d’électricité, d’autant plus que la demande en uranium naturel continuera à augmenter dans un futur proche. Il y a donc un intérêt à proposer de nouveaux procédés d’extraction de l’uranium plus efficaces et plus écologiques que ceux utilisés actuellement. L’objectif de cette thèse est donc de valoriser l’uranium issu des lixiviats de minerais par des procédés de séparations solide-liquide avec des matériaux de type Metal Organic Framework (MOF). Les MOFs sont des matériaux hybrides, cristallins présentant des surfaces spécifiques élevées et présentant d’excellentes performances pour l’adsorption de l’uranium dans des solutions à faible acidité.Pour répondre à cet objectif, la stabilité de plusieurs familles de MOFs a été étudiée au cours du temps dans des solutions acides simulant les lixiviats de minerais. Après quoi, des MOFs à base de zirconium et de ligand diacides carboxyliques fonctionnalisés par des amines tertiaires et des ligands amidophosphonates ont été synthétisés puis caractérisés par DRX, BET, ATG, MEB, FT-IR et RMN. Trois matériaux de type MOFs ont été étudiés permettant de comparer deux fonctions extractantes et deux porosités différentes. Pour cela des acquisitions de données d’extraction de l’uranium en milieu sulfurique ont été réalisées en fonction du temps, de la concentration en uranium, de la concentration en sulfate et du pH. L’ensemble de ces données couplé avec des analyses spectroscopiques ont permis de proposer des mécanismes d’extractions de l’uranium pour les deux fonctions extractantes étudiées.Mots-clés : MOFs, synthèse organique, extraction solide-liquide, uranium

The increase of world energy production involves the research and development of new more efficient and ecofriendly processes for uranium ores valorization. Therefore, the development of new materials for an efficient solid-liquid extraction of U is necessary. In this thesis, the synthesis of materials named Metal Organic Framework (MOF) and their use to the uranium extraction from ores are studied. MOFs are hybrid and crystalline materials showing high performances for uranium extractions in weak acid solutions.In order to answer to this objective, the stability of two type of MOFs has been studied at different contact time in acidic solution simulating the ore leachate. Afterwards, zirconium based MOFs functionalized with two different organic functions have been synthesized and characterized with PXRD, BET, TGA, SEM, FT-IR and NMR. The uranium extraction behavior with three functionalized MOFs has been studied in function of the contact time, uranium concentration, sulfate concentration and pH. The uranium extraction values coupled with spectroscopic analysis of uranium loaded materials afford the understanding of uranium extraction mechanisms for both materials.Keywords: MOFs, organic synthesis, solid-liquid separation, uranium