Compréhension des mécanismes de stabilité des émulsions de Pickering eau-dans-eau pour des applications catalytiques.

Understanding of the stability mechanisms of water-in-water Pickering emulsions for catalytic applications.

• Auteur / Autrice : Lina Melaz
• Direction : Christine Dalmazzone
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Inscription en doctorat le 06/11/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IFP Energies Nouvelles - Physico-chimie et Mécanique appliquées

Mots clés

Mots clés libres

Emulsion de Pickering

Emulsion eau-dans-eau

Catalyse

Pickering emulsion

Water-in-water emulsion

Catalysis

Résumé

Contrairement aux émulsions conventionnelles stabilisées par des molécules de tensioactifs, les émulsions de Pickering sont stabilisées par des nanoparticules. Du fait de leur extrême stabilité à la coalescence, elles trouvent de nombreuses applications dans plusieurs industries (agroalimentaire, pharmacie, industrie chimique). Depuis quelques années, les applications de ces émulsions en catalyse sont de plus en plus étudiées, notamment dans le cadre du développement de procédés biphasiques continus. dans un contexte de décarbonation et de transition vers des procédés plus respectueux de l'environnement, nous souhaitons explorer de nouvelles applications dans des conditions exempt de tout solvant autre que l'eau. Les émulsions eau-dans-eau sont des dispersions colloïdales de deux phases aqueuses non miscibles à l'équilibre thermodynamique. Ces émulsions sont formées à partir de solutions aqueuses de deux molécules hydrosolubles incompatibles en solution, comme les mélanges de polymères ou polymère/électrolyte. Ces mélanges sont principalement utilisés pour l'extraction de macromolécules dans les mélanges complexes biologiques, la séparation de cellules, membranes, protéines et autres biomolécules. Ils sont particulièrement adaptés à la récupération de produits en biotechnologie (comme les sucres). Cependant, à cause des tensions interfaciales ultra-basses qui caractérisent ces systèmes, il est particulièrement difficile de stabiliser les émulsions. En particulier, il est impossible aux petites molécules hydrophiles de tensioactif de s'adsorber à l'interface. En revanche, une façon efficace de bloquer la coalescence des émulsions e/e est d'utiliser des particules solides. Dans cette thèse on propose d'étudier les mécanismes de stabilisation des émulsions de Pickering e/e (impact de la nature, morphologie et mouillabilité des particles) afin d'acquérir une meilleure maitrise de leur formulation pour leur mise en oeuvre dans des procédés catalytiques/enzymatiques.

Unlike conventional emulsions stabilized by surfactant molecules, Pickering emulsions are stabilized by nanoparticles. Due to their extreme stability against coalescence, they find numerous applications across various industries such as food, pharmaceuticals, and chemicals. In recent years, the applications of these emulsions in catalysis have been increasingly studied, particularly in the context of developing continuous biphasic processes. In the drive towards decarbonization and more environmentally friendly processes, we aim to explore new applications of these emulsions under solvent-free conditions, using only water. Water-in-water (W/W) emulsions are colloidal dispersions of two immiscible aqueous phases in thermodynamic equilibrium. These emulsions are formed from aqueous solutions of two hydrosoluble molecules that are incompatible in solution, such as polymer/polymer or polymer/electrolyte mixtures. These mixtures are primarily used for extracting macromolecules from complex biological mixtures, separating cells, membranes, proteins, and other biomolecules. They are particularly suited for recovering products in biotechnology, such as sugars. However, due to the ultra-low interfacial tensions characterizing these systems, stabilizing the emulsions is particularly challenging. Small hydrophilic surfactant molecules cannot adsorb at the interface. Instead, an effective way to prevent coalescence in W/W emulsions is to use solid particles. In this thesis, we propose to study the stabilization mechanisms of Pickering W/W emulsions (impact of the nature, morphology, and wettability of the particles) to achieve a better understanding of their formulation for implementation in catalytic and enzymatic processes.