Alumine nanoporeuse : propriétés électrocinétiques et adsorption de polyélectrolytes
Auteur / Autrice : | Ali Vakilinejad |
Direction : | Emmanuelle Dubois, Nicolas Jouault |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie Physique |
Date : | Soutenance le 04/10/2023 |
Etablissement(s) : | Sorbonne université |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Physicochimie des électrolytes et nanosystèmes interfaciaux (Paris ; 2014-....) |
Jury : | Président / Présidente : Alexa Courty |
Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Duval | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Lartiges, Jérôme Combet |
Mots clés
Résumé
Le but de ce travail est d'étudier la diffusion et l’adsorption de chaînes polyélectrolytes dans un milieu nanoporeux chargé modèle. Nous avons synthétisé des membranes d'oxyde d'aluminium (AAO) constituées de nanocanaux parallèles. Suivant les conditions de synthèse (notamment l'acide utilisé et la tension d'anodisation), la longueur des nanocanaux peut varier de 20 à 50 µm avec un diamètre typique allant de 30 à 50 nm. Afin de caractériser ce milieu nanoporeux modèle en termes de charge de surface, nous avons utilisé une approche expérimentale originale combinant plusieurs techniques électrocinétiques (mesures de potentiel d'écoulement tangentiel et transversal, mesure de la mobilité électrophorétique des « grains » de membrane broyée) afin de mesurer le potentiel ζ et déterminer les points isoélectriques de surface (PIEs). L’ensemble des différentes surfaces disponibles dans les AAOs a pu donc être sondé : les surfaces externes (plans supérieur et inférieur), la surface interne des nanocanaux et les surfaces crées une fois la membrane broyée. Nous avons observé de nettes différences de PIEs entre ces différentes surfaces. Ces résultats mettent en évidence les hétérogénéités entre les différentes surfaces de ces membranes d'AAO et soulignent donc la nécessité de combiner des techniques électrocinétiques complémentaires pour bien comprendre le matériau. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons étudié les propriétés de diffusion et d'adsorption dans ces milieux nanoporeux d'un polyélectrolyte chargé négativement, le polystyrène sulfonate (PSS). Comme l'adsorption du polyélectrolyte doit modifier la charge de surface des nanocanaux, elle a donc été suivie par des mesures du potentiel ζ au cours du temps en utilisant des expériences de potentiel d’écoulement transverse. Lorsque l’AAO chargé positivement (à faible pH) est mis en contact avec une solution aqueuse de polystyrène sulfonate (PSS), on constate que le potentiel ζ diminue avec le temps et devient négatif en suivant un comportement exponentiel et nous en avons déduit un temps caractéristique pour le processus d'adsorption/diffusion. Ce temps est d’autant plus faible que la force ionique du milieu, le pH ou le diamètre des nanocanaux augmente, ou que la longueur des nanocanaux diminue. Enfin, lorsque la membrane est chargée négativement, le polyelectrolyte ne s'adsorbe pas, confirmant ainsi la nature électrostatique des interactions PSS-membrane.