DEVELOPMENT OF POROUS MEMBRANES FROM EMULSIONS STABILIZED BY 2D NANOPARTICLES (h-BNNS)

par Dánae Gonzalez Ortiz

Thèse de doctorat en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de Philippe Miele.

Le président du jury était Florence Babonneau.

Le jury était composé de Philippe Miele, Florence Babonneau, Valérie Ravaine, Ludovic Dumée, Martin In, Céline Pochat-Bohatier.

Les rapporteurs étaient Valérie Ravaine, Ludovic Dumée.

  • Titre traduit

    ELABORATION DE MEMBRANES POREUSES A PARTIR D'EMULSIONS STABILISEES PAR DES NANOPARTICULES 2D (h-BNNS)


  • Résumé

    De nos jours, les émulsions stabilisées par adsorption de particules colloïdales à l'interface liquide-liquide (émulsions de Pickering) présentent un intérêt pour une grande variété d'applications allant des produits pharmaceutiques ou alimentaires aux modèles pour la préparation de nouveaux matériaux. Dans cette thèse, des émulsions huile-dans-eau (H/E) et eau-dans-huile (E/H) ont été efficacement stabilisées grâce à des particules inorganiques colloïdales (oxyde de graphène (GO) et nanofeuillets de nitrure de bore (h-BNNS)). L'adsorption de particules à l'interface huile-eau est induite par l'ajustement de la mouillabilité des particules dans les milieux liquides. Deux types d'émulsions, H/E et E/H, sont formées en utilisant des matériaux bidimensionnels qui possèdent des comportements hydrophiles différents. Les conditions requises pour atteindre l'émulsion la plus stable sont étudiées en variant la formulation de l’émulsion pour chaque type de particules. Les microstructures finales des émulsions peuvent être modifiées en ajustant leur composition initiale. L'utilisation d'une concentration élevée de particules améliore la stabilité des émulsions. Des émulsions à base de h-BNNS ont été rapportées dans ce travail pour la première fois et leur comportement a été profondément étudié. De plus, une nouvelle approche verte pour obtenir des membranes poreuses à base d'alcool polyvinylique (PVA) a été rapportée. Dans ce cas, l'ajout de PVA à l'émulsion augmente sa stabilité à long terme et permet sa mise en forme à l'aide de technologies conventionnelles telles que l’étalement. Les composites polymères obtenus à partir d'émulsions Pickering présentent une microporosité de 0,19 ± 0,03 µm ou 1,1 ± 0,3 µm en fonction du temps de séchage. Les membranes poreuses obtenues présentent de bonnes performances en matière de perméabilité à l'eau et de rejet des particules. Pour des membranes ayant une taille de pores d'environ 1,1 µm et une perméabilité à l'eau d'environ 2000 L / h / m2, un taux de rejection de 86% a été mesuré avec des particules de la même taille que les pores.


  • Résumé

    Emulsions stabilized through the adsorption of colloidal particles at the liquid-liquid interface have been of interest in a wide variety of applications, ranging from pharmaceutical or food products to templates for the preparation of new materials. In this thesis, oil-in-water (O/W) and water-in-oil (W/O) emulsions are efficiently stabilized using colloidal inorganic particles (graphene oxide (GO) and hexagonal boron nitride nanosheets (h-BNNS)). The adsorption of particles to the oil-water interface is induced by adjusting the particle wetting behavior in the liquid media. Two types of emulsions, O/W and W/O are formed by using two-dimensional materials possessing different hydrophilic behaviors. The conditions required to reach the most stable emulsion using two different types of particles at different formulations are investigated. The final microstructures of the mixtures are tailored by adjusting the initial composition of emulsion. The use of high concentration of particles leads to enhanced stability of particles-stabilized emulsions. h-BNNS based emulsions were reported in this work for the first time and their behavior was deeply investigated. Furthermore, a novel green approach to obtain polyvinyl alcohol (PVA)-based porous membranes was reported. In this case, the addition of PVA to the emulsion increases its long term stability and allows its shaping using conventional technologies such as casting. The polymer composites obtained from emulsions stabilized with inorganic particles exhibit microporosity, showing typical pore dimensions of 0.19 ± 0.03 µm or 1.1 ± 0.3 µm depending on the curing time. These obtained porous membranes display good performance in water permeability and particle rejection. Membranes displaying a pore size about 1.1 µm showed water permeability about 2000 L/h m2 bar, and a rejection rate of 86 % with particles of the same size than the pores.


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