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Séparation magnétique en vue d’une application à la purification de l’eau

- Porteur : Kuzhir Pavel

- Collaborateurs LPMC : Bossis Georges, Persello Jacques, Meunier Alain, Volkova Olga, Raufaste Christophe, Guigo Nathanaël

- Collaborateurs extérieurs : Lomenech C. (Ecomers, Nice) ; Bashtovoi V., Suloeva L. (Université Technique du Bélarus Technical University of Belarus, Minsk, Belarus) ; Zubarev A. (Université Fédérale de l’Oural, Ekaterinburg, Russie)

- Doctorants/Post-docs : Magnet Cecilia

- Soutiens financiers : Bourse PRES UNS ; PICS avec la Russie ; Convention CNRS/FRFRB du Bélarus

- Plateformes technologiques : Centre de micro & nanorhéométrie

- Description :

La séparation magnétique consiste à capturer des particules colloïdales par le biais d’un champ magnétique et à les séparer du flux de liquide suspendant en fonction de leur réponse au champ magnétique appliqué. Cette technique est largement utilisée pour l’enrichissement de minerai et la séparation de cellules biologiques. Elle est aussi considérée prometteuse pour la purification de l’eau par des particules magnétiques fonctionnalisées. Dans cette application il s’agit de faire adsorber les molécules d’un polluant donné sur des groupements fonctionnels greffés sur la surface de nanoparticules et de capter ces nanoparticules avec le polluant à l’aide d’un champ magnétique. Les nanoparticules magnétiques typiquement utilisées sont constituées d’oxyde de fer qui est biocompatible. La fonctionnalisation de la surface doit être choisie en fonction du ou des polluants ciblés à extraire. Notre apport dans ce projet est la compréhension du processus de captage de particules magnétiques submicroniques dans des conditions proches de celles de l’application à la purification de l’eau, notamment à des flux d’eau importants et en présence d’interactions entre les particules fonctionnalisées et les molécules du polluant.

Une attention particulière est consacrée aux transitions de phase colloïdales induites dans la suspension de particules magnétique par le champ magnétique appliqué. Grâce à ces transitions de phase, les nanoparticules forment des agrégats de taille micronique qui sont séparés du flux de liquide suspendant beaucoup plus efficacement que les nanoparticules isolées. De plus, en introduisant des microparticules ou des microfils magnétisables dans le flux, on arrive à amplifier considérablement le champ magnétique local, ce qui augmente encore l’efficacité de capture des nanoparticules magnétiques et donc du polluant. Sur le plan fondamental, nous étudions la thermodynamique des transitions de phase colloïdales de type « liquide-gaz » ou « ordre-désordre » ainsi que leur cinétique en absence et en présence d’un écoulement. Dans ces expériences nous observons l’accumulation de nanoparticules magnétiques sur des micro-collecteurs magnétisables isolés ou multiples par la microscopie optique à transmission. La théorie permettant de prédire la concentration de particules capturées est basée sur l’utilisation de l’équilibre thermodynamique local couplé aux équations de convection-diffusion en présence des forces d’interactions entre particules.

Une étude expérimentale est également en cours pour mesurer l’adsorption d’un polluant modèle (ions de métaux lourds) par des nanoparticules magnétiques et l’efficacité d’un séparateur constitué d’un empilement de microsphères magnétiques.

Mots-clés

Fluides & Matériaux Complexes, Magnétorhéologie - Nanomatériaux, Fluides Complexes, Matériaux Éco-compatibles