Extraction à deux phases aqueuses à l'aide d'alcools polyéthoxylés en vue de l'élimination de polluants organiques et d'ions métalliques

par Lindemberg Jesus de Nogueira Duarte

Thèse de doctorat en Génie des procédés et de l'environnement

Sous la direction de Jean-Paul Canselier.

Soutenue en 2005

à Toulouse, INPT .


  • Résumé

    Au-delà d'une température appelée "point de trouble" (Tc) les solutions aqueuses de la plupart des tensioactifs non ioniques polyéthoxylés se séparent en deux phases liquides : le coacervat, riche en tensioactif, et la phase diluée. Grâce à la solubilisation micellaire de composés hydrophobes, amphiphiles ou même ioniques et à leur concentration dans le (faible) volume de coacervat, une extraction à deux phases aqueuses (extraction par point de trouble ou par coacervat) peut être réalisée et appliquée à des opérations de dépollution d'effluents industriels ou à la concentration ou encore à la séparation de substances à haute valeur ajoutée. Cette technique peut donc conduire à un procédé de "Chimie verte", c'est-à-dire non polluant et peu coûteux en énergie. Une première partie de cette thèse consiste à établir des corrélations empiriques entre les propriétés des alcools éthoxylés (AE) à chaîne linéaire et leur structure chimique. De plus, comme préliminaire à la mise au point d'un procédé d'extraction par coacervat, les propriétés thermodynamiques superficielles et d'association (micellisation) d'alcools éthoxylés industriels (mélange d'espèces éthoxylées) en solution aqueuse sont déterminées. Les courbes de démixtion des systèmes binaires H2O-AE en fonction de la température ainsi que l'effet de divers additifs sur le point de trouble sont mis en évidence. Enfin, des diagrammes isothermes de systèmes ternaires H2O-AE-soluté sont tracés. La deuxième partie du travail concerne l'extraction de polluants organiques dissous (phénol, alcools, et amines aromatiques) à partir de solutions modèles par des alcools oxo éthoxylés (CiEj), facilement biodégradables. La phase aqueuse polluée et la solution de tensioactif sont mélangées et séparées à une température dépendant de la position du point de trouble. En utilisant un plan d'expériences de type Scheffé et un lissage empirique de courbes, on cherche le meilleur compromis entre pourcentage de soluté extrait (parfois supérieur à 90 %), facteur de concentration du soluté, coefficient de distribution du soluté et fraction volumique de coacervat, celle-ci à réduire au minimum (un polluant plus concentré étant plus facile à traiter). Des corrélations linéaires entre les constantes d'équilibre, à savoir, la constante de solubilisation micellaire (Ks) et le coefficient de distribution (KCoacervat/Diluée), et le coefficient de partage octanol / eau (exprimé par log P) montrent que l'extraction par coacervat est principalement gouvernée par l'hydrophobie du soluté. Le coacervat se comporte donc comme un solvant organique classique. [. . . ]

  • Titre traduit

    Two-phase aqueous extraction with polyethoxylated alcohols for the elimination of organic polluants and metal ions


  • Résumé

    Above a certain temperature called "cloud point" (Tc), aqueous solutions of most the polyethoxylated non-ionic surfactants lead to liquid-liquid phase separation : a surfactant-rich phase (coacervate) and a dilute phase appear. Thanks to the micellar solubilization of hydrophobic, amphiphilic or even ionic compounds and their concentration in the (small) volume of coacervate, two-aqueous phase extraction ("cloud point" or "coacervate extraction") can be performed and applied to the removal of pollutants from aqueous industrial effluents or to concentration or even separation of high added-value chemicals. This technique thus appears powerful, low-energy requiring and environmentally-friendly. A first part of this thesis consists of developing empirical structure-property relationships for alcohol ethoxylates (AE). In addition, as a preliminary study to coacervate extraction, this work reports the determination of thermodynamic (surface and aggregation) properties of some commercial alcohol ethoxylates (mixture of ethoxylated species) in aqueous solution. Cloud point curves of H2O/AE systems are drawn as a function of temperature, and the effect of various additives on the cloud point is then discussed. Finally, isothermal diagrams of water/AE/solute ternary systems are drawn. The second part of the work involves the extraction of slightly dissolved organic solutes (phenol, benzenoid alcohols and amines) from model solutions with easily biodegradable polyethoxylated oxo alcohols (CiEj). The polluted aqueous phase and the surfactant solution are mixed together and separated at room temperature or after heating, according to the cloud point curve of the surfactant. Using an experimental design (Scheffé’s type) and an empirical curve fitting procedure, the best compromise is searched between the percentage of solute extracted (possibly higher than 90 %), the concentration ratio, the equilibrium partition coefficient and the coacervate volume fraction, which must be kept to a minimum (it is easier to process a more concentrated pollutant). Linear relationships between the equilibrium constants, micellar solubilization coefficient (Ks) and distribution coefficient of the solute (KCoacervate/Dilute), and the octanol-water partition coefficient (expressed as log P) are obtained. Coacervate extraction is thus mainly controlled by solute hydrophobicity. [. . . ]

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Informations

  • Détails : 1 vol. (223 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 199-214

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Ecole nationale supérieure d'ingénieurs en arts chimiques et technologiques. Service de documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TG 2005 NOG
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