CONTRAT DOCTORAL - Méthodologies de synthèse et étude de résines biosourcées thermodurcissables pour la récupération de métaux d'intérêt

par Ruth Oye Auke

Projet de thèse en Chimie Séparative, Matériaux et Procédés

Sous la direction de Guilhem Arrachart, Ghislain David et de Stéphane Pellet rostaing.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques , en partenariat avec ICSM - Institut de Chimie Séparative de Marcoule (laboratoire) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    L'extraction d'éléments d'intérêt (terres rares, métaux lourds, métaux de transition, radionucléides) de minerais conventionnels ou non conventionnels (mines urbaines) et d'effluents industriels ou nucléaires est un enjeu majeur dans les procédés d'extraction, de recyclage et/ou de décontamination. Un grand nombre de solides organiques et inorganiques, chélatants ou échangeurs d'ions, ont été développés pour un tri ionique sélectif par procédé solide/liquide. Le but de ce projet est de mettre au point et développer des voies de synthèse de résines formo-phénoliques puis d'en évaluer les performances dans le cadre de l'extraction et de la valorisation de métaux d'intérêt. Le procédé de séparation proposé est une extraction par voie solide-liquide s'appuyant sur l'utilisation de matrices polymériques incorporant ou non des groupements chélatants. L'introduction covalente de ligands spécifiques dans le squelette des résines permet en effet d'augmenter l'affinité et la sélectivité vis-à-vis des métaux ciblés par la nature des agents de complexation, leurs sites de chélation et leur rigidité.1-3 Récemment une étude sur la compréhension des mécanismes de synthèse de ce type de résines ainsi que leurs performances d'extraction a été réalisée, qui a mis en évidence l'intérêt de ces matériaux pour la récupération de métaux dits stratégique comme le germanium ou les terres rares.3 Proposer de nouvelles résines formo-phénoliques, obtenues à partir de composés bio-sourcés,4,5 est au cœur des objectifs de cette thèse afin de s'affranchir de l'utilisation de formaldéhyde toxique. Une ouverture vers d'autres possibilités de synthèses permettant l'accès à des matériaux poreux, sous forme de billes ou de mousse est également proposée pour permettre d'augmenter les surfaces spécifiques lors des extractions solide-liquide, améliorer l'affinité et la sélectivité vis-à-vis des métaux ciblés et ainsi augmenter les performances de ces matériaux. Cette thèse fait appel d'une part à la synthèse de systèmes chélatants réactifs, leur polymérisation pour la préparation des résines chélatantes et d'autre part, l'évaluation des polymères pour l'extraction/séparation d'ions. Ce projet rassemble les compétences scientifiques et techniques des équipes partenaires engagées dans le développement de méthodologies de synthèse de matériaux pour des applications en lien avec les enjeux de la chimie séparative (recherche pluridisciplinaire associant chimie organique, sciences des matériaux, procédés de séparation d'ions, physico-chimie). Cette étude sera menée conjointement par l'équipe tri-ionique (LTSM) de l'ICSM et l'équipe Ingénierie et Architectures Macromoléculaires (IAM) de l'ICGM, dont la complémentarité (systèmes chélatants, polymères, extraction) apportera des éléments de réponse à la question plus générale du recyclage des métaux pour un cycle de vie vertueux des éléments chimiques.

  • Titre traduit

    Synthetic methodologies and study of thermosetting biosourced resins for the recovery of metals of interest


  • Résumé

    Extraction of specific targeted species (rare earths, heavy metals, transition metals, radionuclides) from conventional or unconventional ores (urban mines) as well as from industrial or nuclear effluents is a major issue in extraction processes, recycling and / or decontamination. A large number of organic and inorganic chelating or ion-exchange materials have been developed for selective ion separation by solid/liquid process. The aim of this project is to develop synthetic pathways for formo-phenolic resins and then evaluate their efficiency in the extraction and recovery of valuable metals. The proposed separation process is a solid-liquid extraction based on the use of polymer matrix incorporating chelating groups. The covalent introduction of specific ligands into the backbone of the resins indeed makes it possible to increase the affinity and the selectivity towards the target metals by the nature of the complexing agents, their chelation sites and their rigidity. Recently a study on the understanding of the mechanisms involved in the synthesis of this type of resins as well as their extraction performances has been realized, which has highlighted the interest of these materials for the recovery of so-called strategic metals such as germanium or rare earths. Proposing new formo-phenolic resins, obtained from bio-sourced compounds, is at the heart of the objectives of this PhD in order to overcome the use of toxic formaldehyde. An opening towards other possibilities of synthesis allowing the access to porous materials, in the form of beads or foam is also proposed in order to increase the specific surface area during solid-liquid extractions and thus increasing the performance of these materials. This thesis involves the synthesis of reactive chelating systems, their polymerization for the preparation of chelating resins and the evaluation of polymers for the extraction/separation of ions. This project brings together the scientific and technical skills of the partner teams involved in the development of a materials synthesis methodology for targeted applications in relation to the extraction process of elements of interest (interdisciplinary research involving organic synthesis, inorganic chemistry, materials science, ion separation and understanding of the mechanisms involved). This study will be conducted jointly by the LTSM/ICSM and IAM/ICGM laboratories, whose complementarity (synthesis, polymers, solid / liquid extraction) will provide elements of answer to the more general question of recycling valuable metals for a virtuous life cycle of chemical elements.