Malonamide, phosphine oxide and calix[4]arene functionalized ionic liquids : synthesis and extraction of actinides and lanthanides

par Dariia Ternova

Thèse de doctorat en Chimie physique

Sous la direction de Isabelle Billard et de Vitaly Kalchenko.

Soutenue le 25-09-2014

à Strasbourg en cotutelle avec l'Université nationale de Kiev Taras Chevtchenko , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg) , en partenariat avec Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg) (laboratoire) .

Le président du jury était Eric Chainet.

Le jury était composé de Véronique Hubscher-Bruder.

Les rapporteurs étaient Oleksandr Kostyuk, Agílio Pádua.

mots clés

• Extraction liquide-liquide
• Radionucléides
• Liquides ioniques
• Oxyde de phosphine
• Calix[4]arène
• Métaux lourds
• Liquides ioniques
• Extraction (chimie)
• Modèles mathématiques
• Déchets radioactifs -- Élimination

Titre traduit

Malonamide, oxydes de phosphine et calix[4]arene-oxydes de phosphine liquides ioniques fonctionalisés : synthèse, extraction d'actinides et de lanthanides

Résumé

Le retraitement des déchets radioactifs est un problème crucial de nos jours. Ce travail est dédié au développement de nouveaux systèmes d'extraction des radionucléides sur la base de solvants "verts", les liquides ioniques (LI). Dans ce but, des LI ont été fonctionnalisés avec des motifs variés : oxyde de phosphine, carbamoyl oxyde de phosphine et fragments malonamides. De même, les plateformes calix[4]arènes ont été utilisées pour la synthèse de LI fonctionnalisés (LIF) et de leurs précurseurs. Des LIF de deux types (cationiques et anioniques) ont été obtenus.Les LIF synthétisés ont été testés pour l'extraction liquide/liquide de radionucléides. Il a été montré que l'extraction est bien due aux motifs extractants. Toutefois, la charge de l'ion modifié influence l'extraction.Différentes expériences d'extraction et une modélisation mathématique ont été effectuées pour déterminer les mécanismes d'extraction. Ces études ont montré que chacun des systèmes d'extraction est caractérisé par un ensemble d'équilibres d'extraction différent, basés essentiellement sur l'échange cationique.

mots clés

• Liquid-liquid extraction
• Radionuclides
• Ionic liquids
• Phosphine oxide
• Calix[4]arene

Résumé

Radioactive waste treatment is a crucial problem nowedays. This work was dedicated to the development of the new extracting systems for radionuclides on the basis of "green" solvents Ionic Liquids {Ils). For this purpose Ils were functionalized with various extracting patterns: phosphine oxide, carbamoyl phosphine oxide groups and malonamide fragment. Also the calix[4]arene platforms were used for the synthesis of functionalized ionic liquids (Fils) and their precursors. The Fils of both types cationic and anionic have been obtained. The synthesized Fils were tested for the liquid-liquid extraction of radionuclides. lt was found that extraction well occurs due to the extracting patterns, however a charge of a modified ion influences extraction.The various extracting experiments and mathematical modelling have been performed to determine the mechanisms of extraction. These studies showed that each extracting system is characterized by a different set of extracting equilibria, based mostly on cationic exchange.