Contribution à l'étude des mécanismes de sorption aux interfaces solide-liquide : application aux cas des apatites et des oxy-hydroxydes

Contribution to the study of sorption mechanisms at solid-liquid interfaces : application to the cases of apatites and oxy-hydroxides

• Auteur / Autrice : Myriam Duc
• Direction : Marie-Geneviève Barthes-Labrousse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Physique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sélénium

Absorption

Adsorption

Déchets radioactifs

Mots clés libres

(Oxy)-hydroxydes de fer

Résumé

Les phénomènes de sorption aux interfaces solide- liquide jouent un rôle important dans le transport des éléments toxiques ou radioactifs et pour la prévision de la sûreté des sites de stockage de déchets. Notre étude a consisté à déterminer les mécanismes de fixation du sélénium (élément toxique à forte concentration mais également radionucléide à vie longue présent parmi les déchets de la fission nucléaire) et à sélectionner les matériaux sorbants les plus efficaces. Deux types de matériaux ont été choisis pour cette étude : une hydroxyapatite et une fluoroapatite Ca10 (PO4)6 (OH, F)2 ainsi que des oxy-hydroxydes de fer (goethite FeOOH et hématite Fe2O3). Après avoir comparé les propriétés d'acido-basicité de surface de la goethite et de l'hématite avec celles de l'alumine y-Al2O3 et de la bayerite Al (OH)3 grâce à des mesures de zétamétrie et des titrages potentiométriques (mise en évidence de l'influence de la cinétique, de l'évolution du solide au cours de la phase d'hydratation, de la solubilité du matériau et des impuretés présentes en surface), nous avons étudié la sorption des espèces sélénites (Se IV) et sélénates (Se VI). Sur la goethite et l'hématite, Se IV se sorbe en plus grande quantité que Se VI, la sorption augmentant fortement en milieu acide. De plus, les courbes de sorption peuvent être ajustées à l'aide de modèles de complexation de surface : dans le cas de Se IV, on identifie un complexe de sphère interne (monodentate ou bidentate) alors que Se VI formerait plutôt un complexe de sphère externe. Dans le cas des apatites, la sorption de Se IV se produit par échanges d'ions entre les PO4 de l'apatite et SeO3 2-. Grâce à un modèle mathématique et des mesures par XPS et ICP/OES, la profondeur de pénétration des ions dans la matrice apatitique a pu être déterminée. En comparaison, le cadmium, dont on étudie également la sorption, diffuse plus profondément dans le solide.