Supercritical fluid extraction : Spectroscopic study of interactions comparison to solvent extraction

par Anne Farawila

Thèse de doctorat en Chimie physique

Sous la direction de Isabelle Billard et de Chien M. Wai.

Soutenue en 2005

à Strasbourg 1 .

  • Titre traduit

    Extraction en milieu supercritique : Etude spectroscopique des interactions comparaison avec des solvants classiques


  • Résumé

    Le dioxyde de carbone supercritique (SF-CO2) a été choisi afin d'étudier l'extraction en milieu supercritique d'ions métalliques tels que le césium et l'uranium. Un intérêt particulier a été porté au rôle de l'eau lors de ces extractions ainsi qu'à son interaction avec des agents chélateurs (AC). En première partie, les éthers couronne ont été choisis comme AC du césium et leur interaction avec l'eau a été étudiée dans le SF-CO2 en utilisant la spectroscopie InfraRouge à Transformée de Fourier (IR-TF). La configuration sandwich entre deux éthers couronne et une molécule d'eau a été observée dans le SF-CO2. Pour les configurations simple et pontée, l'équilibre a été défini et l'enthalpie de formation de la liaison hydrogène a été calculée. Ces résultats ont ensuite été comparés à ceux obtenus dans des mélanges de CHCl3 et de CCl4 en utilisant la spectroscopie à Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Pour conclure cette première partie, le rôle de l'eau a été étudié lors de l'extraction du picrate de césium par le DCH18C6 et les constantes d'équilibre ont été calculées. Dans une deuxième partie, l'extraction de l'uranium a été étudiée dans le SF-CO2. Des complexes de Phosphate de TriButyle (TBP), d'eau et d'acide nitrique ont été utilisés comme AC et oxydants. L'IR-TF a été utilisée pour étudier l'interaction entre le TBP et l'eau dans le SF-CO2. Ces résultats ont été comparés à ceux trouvés dans le CHCl3 en utilisant la RMN. Cette même spectroscopie a été utilisée pour comprendre les interactions entre l'acide nitrique, le TBP et l'eau, seuls puis dissous dans du CHCl3. La formation de microgouttelettes d'acide et d'eau dues à l'effet anti-solvant a été observée et quantifiée. Pour conclure ce travail de thèse j'ai réussi à optimiser l'extraction et la récupération d'uranium enrichi provenant de cendres d'incinération de déchets de fabrication de combustible nucléaire. Un complexe de TBP, d'eau et d'acide nitrique dissous dans du SF-CO2 a été utilisé à cette fin.


  • Résumé

    Supercritical fluid carbon dioxide (SF-CO2) was chosen to study Supercritical Fluid Extraction (SFE) of cesium and uranium. At first, crown ethers were considered as chelating agents for the SFE of cesium. The role of water and its interaction with crown ethers were especially studied using Fourier-Transform Infra-Red (FT-IR) spectroscopy in SF-CO2. A sandwich configuration between two crown ethers and a water molecule was observed in the SF-CO2 phase for the first time. The equilibrium between the single and the bridge configurations was defined. The enthalpy of the hydrogen bond formation was also calculated. These results were then compared to the one in different mixtures of chloroform and carbon tetra-chloride using Nuclear Magnetic Resonance (NMR). To conclude this first part and in order to understand the whole picture of the recovery of cesium, I studied the role of water in the equilibrium between the cesium and the dicyclohexano18-crown-6. In a second part, the supercritical fluid extraction of uranium was studied in SF-CO2. For this purpose, different complexes of TriButyl Phosphate (TBP), nitric acid and water were used as chelating and oxidizing agents. I first used FT-IR to study the TBP-water interaction in SF-CO2. These results were then compared to the one obtained with NMR in chloroform. NMR spectroscopy was also used to understand the TBP-nitric acid-water interaction first alone and then in chloroform. To conclude my research work, I succeeded to improve the efficiency of uranium extraction and stripping into water for a pilot-plant where enriched uranium is extracted from incinerated waste coming from nuclear fuel fabrication. TBP-nitric acid complexes were used in SF-CO2 for the extraction of uranium from ash.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (207 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.203-207

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Danièle Huet-Weiller.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2005;4829
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