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Thèse : Mécanismes de capture de nanoparticules magnétiques : application à la purification de l’eau

Cécilia Magnet

Vendredi 20 décembre 2013

à 11h en salle C. Brot

La séparation magnétique est utilisée dans le domaine de la purification de l’eau. Des nanoparticules magnétiques fonctionnalisées ou nues sont en charge de capter un polluant ciblé puis sont enlevées de l’eau par l’application d’un champ magnétique. Nous avons montré que l’utilisation d’un ferrofluide aqueux classique constitué de nanoparticules d’oxyde de fer recouvertes par une double couche de surfactant d’acide oléique permet une adsorption efficace des cations métalliques (ion nickel Ni2+) puis leur enlèvement en utilisant des microparticules magnétiques. Nous avons montré que des interactions magnétiques suffisamment fortes entre les nanoparticules induisent une transition de phase colloïdale du type « liquide-gaz » dans l’ensemble de nanoparticules. Il existe trois régimes de captage qui dépendent de deux paramètres, le premier paramètre est lié à l’intensité du champ magnétique et le second est la concentration en nanoparticules. En présence de l’écoulement de la suspension des nanoparticules, le captage des nanoparticules est toujours régi par la concentration en nanoparticules et également par le nombre de Mason (Ma), qui représente le rapport des forces hydrodynamiques sur les forces magnétiques. Nous avons mené une expérience de captage des nanoparticules par un milieu poreux constitué de l’empilement de microparticules aimantées. La diminution de la concentration des nanoparticules au cours du temps est due au piégeage des nanoparticules par le milieu poreux. L’efficacité de filtration est liée à la compétition entre les forces hydrodynamiques et magnétiques ainsi que de la séparation de phase au sein de la suspension. Les théories développées lors de ce travail sont en accord raisonnable avec les résultats expérimentaux et montrent l’augmentation de l’efficacité de captage des nanoparticules avec l’augmentation de l’intensité du champ magnétique et de la concentration en nanoparticules ainsi que la diminution de l’efficacité de captage avec l’augmentation du nombre de Mason. L’efficacité de captage peut être décrite en loi de puissance et est retrouvée à partir de l’analyse des trajectoires des nanoparticules autour d’une microparticule.

Mots-clés

Fluides & Matériaux Complexes