Séparation liquide/liquide pilotée par la cinétique

Liquid/liquid separation governed by kinetics

• Auteur / Autrice : Sayed Ali Moussaoui
• Direction : Damien Bourgeois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Séparative, Matériaux et Procédés
• Date : Soutenance le 15/12/2021
• 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 : Bénédicte Prélot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Damien Bourgeois, Bénédicte Prélot, Clarisse Mariet, Alexandre Chagnes, Colin Boxall, Anne Lélias
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Clarisse Mariet, Alexandre Chagnes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ruthénium

Métaux de transition

Cinétique chimique

Extraction (chimie)

Mots clés libres

Extraction liquide

Recyclage

Aval du cycle combustible

Cinétique

Métaux de transition

Ruthénium

Liquid extraction

Recycling

Downstream of the fuel cycle

Kinetics

Transition metals

Ruthenium

Résumé

L'optimisation des procédés d'extraction nécessite une analyse approfondie des caractéristiques thermodynamiques et cinétiques du système. Alors qu'il existe des données considérables sur les aspects thermodynamiques de l'extraction liquide/liquide des métaux, il y a beaucoup moins d'information disponible sur la cinétique d'extraction. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la caractérisation de la cinétique d'extraction de Pd(II), Nd(III) et Fe(III) avec deux malonamides de formule brute identique, mais de topologies différentes: N,N,N’,N’- tetrahexylmalonamide (THMA) et N,N,N’,N’- dimethyldibutyltetradecylmalonamide (DBMA). Tout d’abord, la caractérisation thermodynamique des systèmes d’extraction a été réalisée. Ensuite, la caractérisation de la cinétique d’extraction a été effectuée en utilisant la technique de la goutte unique, où les constantes globales de transfert de Pd(II), Nd(III) and Fe(III) dans l’extraction avec THMA et DBMA ont été déterminées. L'étude a ensuite été développée pour déterminer les lois de vitesse d'extraction des systèmes. Pour ce faire, une méthodologie expérimentale basée sur la méthode de la vitesse initiale, en réacteur classique sur petite échelle, a été mise en œuvre pour un dépistage rapide et fiable de la cinétique d'extraction. En procédant avec cette méthodologie, nous avons pu mettre en évidence les différences de cinétique d’extraction de Pd(II) avec THMA et DBMA. Les mécanismes d’extraction correspondants ont été proposés. Enfin, le criblage de la cinétique d'extraction dans des expériences en batch a permis de démontrer l'avantage d’un excès de dihexylamine (DHA) employée lors de la préparation du THMA par un gain en performance cinétique. Ainsi, un système moléculaire performant pour l'extraction de Pd(II) avec le THMA a été établi. En conclusion, ce travail a mis en évidence l’intérêt de maîtriser la cinétique de l’extraction liquide/liquide pour le développement de procédés sélectifs de séparation.

The optimization of the extraction processes requires a thorough analysis of the thermodynamic and kinetic features of the system. While there is considerable amount of literature on the equilibrium aspects of solvent extraction of metals, there is much less information available on the extraction kinetics. In this thesis we characterized the extraction kinetics of Pd(II), Nd(III) and Fe(III) with two malonamides of the same molecular formula but different topologies: N,N,N’,N’- tetrahexylmalonamide (THMA) and N,N,N’,N’- dimethyldibutyltetradecylmalonamide (DBMA). A thermodynamic characterization of the extraction systems was first carried out, and THMA proved to be very selective for the extraction of Pd(II) compared to DBMA. The characterization of the extraction kinetics was performed using the single drop technique, where the global transfer constants of Pd(II), Nd(III) and Fe(III) in the extraction with THMA and DBMA were determined. The study was further developed to determine the extraction rate laws of the systems. For this purpose, an experimental methodology based on the initial rate method, in small scale batch experiments was implemented for a fast and reliable screening of the extraction kinetics. Proceeding with this methodology, we could highlight the differences of the extraction kinetics of Pd(II) with THMA and DBM. The correponding extraction mechanisms were proposed. Finally, screening of extraction kinetics in batch experiments demonstrated the benefit of excess dihexylamine (DHA) employed during THMA preparation through a gain in kinetics performance. Thus, a performing molecular system for the extraction of Pd(II) with THMA was established. Altogether, this work has highlighted the interest of mastering the kinetics of solvent extraction for the development of selective processes of separation.