Adsorption de "métaux lourds" par des silices mésoporeuses fonctionnalisées par des ligands bioinspirés : de l'élaboration du matériau à son application à la dépollution de l'eau

Adsorption of « heavy metals » on mesoporous silica functionalised by bioinspired ligands : from the elaboration of the material to its application in water depollution

• Auteur / Autrice : Cleophee Gourmand
• Direction : Véronique Hubscher-Bruder
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 22/11/2022
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Alexandre Chagnes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Boos, Caroline Bertagnolli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Batonneau-Gener, Bénédicte Prélot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Titrage calorimétrique isotherme

Alginates

Biopolymères

Métaux lourds

Glutathion

Silice

Eau -- Épuration

Adsorption

Mots clés libres

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Traitement de l'eau

Silice mésoporeuse

Glutathion

Phytochélatines

"Métaux lourds"

Biopolymères

Alginates

ITC

Adsoption

Water treatment

Mesoporous silica

Glutathione

Phytochelatins

"Heavy metals"

Biopolymers

Alginate

ITC

Résumé

Le développement à grande échelle de l’industrie a entraîné l’augmentation de l’utilisation de métaux et composés d’ions métalliques qui se retrouvent dans l’eau, sous forme de micropolluants que les technologies actuelles n’éliminent pas complétement. Dans ce travail, un matériau bioinspiré basé sur une silice mésoporeuse fonctionnalisée avec des ligands soufrés d’origine naturelle ou synthétique a été développé pour l’élimination d’ions métalliques par adsorption. Le matériau SBA-15 + glutathion (commercial) présente des capacités d’adsorption de Cd(II), Cu(II), Pb(II) et Zn(II), une sélectivité accrue par rapport aux procédés existants et une efficacité même en présence de micropolluants. Les capacités d’adsorption et la sélectivité du matériau sont conservées lorsque celui-ci est synthétisé à partir de ligands bioproduits par culture cellulaire végétale in vitro. En vue de son application dans l’industrie, ce matériau a été mis en forme dans des billes et utilisé en continu dans une colonne dans laquelle il est possible de réutiliser le matériau sur plusieurs cycles adsorption/désorption successifs, sans altération de ses propriétés.

The large-scale development of the industry led to an increase in the use of metals and metal ionic compounds, which later end up in water as micropollutants. However, these micropollutants are not completely eliminated by current wastewater treatment technologies. In this work, a bioinspired material based on mesoporous silica functionalised with sulphur ligands of natural or synthetic origin was developed to eliminate metal ions by adsorption. The SBA-15 + glutathione (commercial) material showed adsorption capacities for Cd(II), Cu(II), Pb(II) and Zn(II), an increased selectivity compared to existing processes and stayed efficient even in the presence of micropollutants. Adsorption thermodynamics and competition effects were studied by isothermal titration calorimetry (ITC). The adsorption capacities and selectivity were preserved when the ligands were bioproduced via in vitro cell culture. For industrialisation purposes, this material was shaped into beads and used for continuous adsorption in a column in which it is possible to reuse the material over several successive adsorption/desorption cycles, without any impairment of its properties.