Modification d'un biomatériau algues/alginate de sodium/mousse et son application à la récupération de métaux stratégique

par Yue Zhang

Projet de thèse en Génie des procédés

Sous la direction de Catherine Faur.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec C2MA - Centre des Matériaux des Mines d'Alès (laboratoire) depuis le 01-10-2019 .


  • Résumé

    La raréfaction des ressources pour les métaux précieux et stratégiques couplée à la mise en place de règlementations relatives au rejet d'effluents contaminés par les métaux dans l'environnement ont conduit au développement de procédés alternatifs pour la récupération des métaux de solutions diluées. Les processus de sorption sont des techniques appropriées pour éliminer les contaminants présents dans les effluents à faible concentration. Bien que les résines synthétiques et imprégnées constituent des matériaux intéressants pour cette cible, il est encore nécessaire de concevoir de nouveaux matériaux basés (de préférence) sur les ressources renouvelables : la biosorption a fait l'objet d'une forte étude au cours des dernières décennies. Celle-ci est basée sur l'utilisation de déchets provenant de l'agriculture et de la pêche pour interagir avec les contaminants organiques et inorganiques sur la base de mécanismes de liaison similaires à ceux mis en oeuvre avec les résines synthétiques. L'équipe de recherche impliquée dans le doctorat a mis au point une nouvelle génération de matériaux composites à base de biomasse algale et d'alginate pour la récupération de métaux dangereux et stratégiques. De précédents projets de recherche ont permis de concevoir des conditionnements innovants de billes d'algues et de billes et mousses d'alginate-polyéthylène (PEI) qui ont été appliquées avec succès à la récupération de Pr(III), Cu(II), Pb(II), Pd(II) et Pt(IV) mais aussi pour la conception de nouveaux catalyseurs supportés. Ces matériaux sont très efficaces et, dans le cas des mousses, ils ont permis de développer de nouveaux modes d'application (monolithes aux propriétés de percolation élevées). Le principal inconvénient, à ce stade, est lié à la sélectivité relativement faible de ces matériaux; cela limite les applications potentielles pour une utilisation performante dans des processus avancés. Il est donc nécessaire d'améliorer les propriétés de séparation de ces nouveaux sorbents. Le projet de recherche de Mme Yue ZHANG, dans la continuité d'études antérieures, se concentre sur le développement d'une famille de dérivés chimiques (différents ligands de coordination) de ces matériaux de support et leur application à une série de métaux ayant des propriétés ioniques différentes (acides durs et doux). L'objectif global, au niveau scientifique, sera d'évaluer les affinités entre les groupes réactifs et les ions métalliques pour concevoir un outil de présélection. D'autre part, au niveau pratique, l'objectif sera d'appliquer ces matériaux pour la séparation sélective des métaux de solutions complexes (synthétiques/simulées) ou des véritables effluents industriels (y compris les lixiviats de minerai).

  • Titre traduit

    Modification of seaweed/sodium alginate pellet/foam biomaterial and its application in strategic metals recovery


  • Résumé

    The rarefaction of resources for valuable and strategic metals, the development of regulations for the discharge of metal-contaminated effluents into the Environment are driving a great attention on the development of alternative processes for metal recovery from dilute solutions. Sorption processes are appropriate techniques for the removal of contaminants from low-concentration water flows. Though synthetic resins and impregnated resins constitute convenient materials for this target there is still a need for designing new materials based (preferentially) on renewable resources: biosorption was strongly investigated for the last decades. This is based on the use of waste materials from agriculture and fisheries for interacting with organic and inorganic contaminants based on binding mechanisms similar to those involved with synthetic resins. The research team involved in the PhD has developed a new generation of materials based on algal biomass and alginate-composites for the recovery of hazardous and strategic metals. The research projects allowed designing innovative conditionings of algal beads and alginate-polyethyleneimine (PEI) beads and foams that were successfully applied to the recovery of Pr(III), Cu(II), Pb(II), Pd(II) and Pt(IV) but also for designing new supported catalysts. These materials are highly efficient and in the case of foams they allowed developing new modes of application (monoliths with high percolating properties). The major drawback at this stage is related to the relatively poor selectivity of these materials; this limits the potential applications for performant use in special and advanced processes. There is a need for improving the separation properties of these new sorbents. The Research Project of Ms Yue ZHANG, in continuation to previous studies, focuses on the development of a family of chemical derivatives (different coordinating ligands) of these support materials and their application to a series of metals having different ionic properties (Hard & Soft acids). The overall objective will be at the scientific level to evaluate the pair affinities between reactive groups and metal ions to design a pre-selection tool. On the other side, at practical/applied level, the overall objective will be to apply these materials for the selective separation of metals from complex solutions (either synthetic/simulated or from real industrial effluents, including ore leachates).