Étude de la flottation des nanoparticules
Nanoparticules polluant les milieux liquides : quels procédés pour les éliminer ?

RE215 v1 RECHERCHE ET INNOVATION

Étude de la flottation des nanoparticules
Nanoparticules polluant les milieux liquides : quels procédés pour les éliminer ?

Auteur(s) : Mallorie TOURBIN, Sébastien LACHAIZE, Pascal GUIRAUD

Date de publication : 10 juil. 2012

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - Contexte

2 - Terminologie et dangers potentiels des nanoparticules dans les ressources en eau

3 - Nanoparticules dans les ressources en eau

3.1 - Industries rejetant des nanoparticules dans les milieux liquides
3.2 - Composition des effluents contenant des nanoparticules

4 - Procédés de séparation des nanoparticules des milieux liquides

4.1 - Coagulation des nanoparticules
4.2 - Flottation des nanoparticules

Tableau 1

5 - Étude de la flottation des nanoparticules

5.1 - Effet des paramètres opératoires
5.2 - Effet des forces interfaciales colloïdales
5.3 - Performances et limitations des procédés pour la récupération des nanoparticules

Tableau 2

6 - Conclusion

Bibliographie & annexes

Présentation

RÉSUMÉ

L'engouement actuel pour le développement de nouvelles nanoparticules, dans des secteurs d'activités très divers, conduit à trouver d'ores et déjà ces nouveaux objets dans les rejets industriels et/ou domestiques, voire dans les ressources en eau. Les nanoparticules se distinguent des polluants solides habituels par leur très petite taille, par leur surface spécifique très importante, et par la présence de composés divers adsorbés à leur surface, ce qui rend nécessaire l'adaptation des procédés de traitement.

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Auteur(s)

Mallorie TOURBIN : Docteur en Génie des Procédés et de l’Environnement de l’Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT) - Maître de Conférences à l’École Nationale Supérieure d’Ingénieurs en Arts Chimiques Et Technologiques (ENSIACET) - Laboratoire de Génie Chimique (LGC) UMR CNRS 5503 – Toulouse
Sébastien LACHAIZE : Docteur en Chimie Organométallique et de Coordination de l’Université Paul Sabatier de Toulouse (UPS) - Maître de Conférences à l’Institut National des Sciences Appliquées (INSA) - Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets (LPCNO) UMR CNRS 5215 – Toulouse
Pascal GUIRAUD : Docteur en Génie des Procédés et de l’Environnement de l’Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT) - Professeur à l’Institut National des Sciences Appliquées (INSA) - Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (LISBP) UMR CNRS 5504 – INRA 792 – Toulouse

INTRODUCTION

L'engouement actuel pour le développement de nouvelles nanoparticules, dans des secteurs d'activités très divers, conduit à retrouver d’ores et déjà ces nouveaux objets dans les rejets industriels et/ou domestiques, voire dans les ressources en eau. Les nanoparticules se distinguent des polluants solides habituels par leur très petite taille, par leur surface spécifique très importante, et par la présence de composés divers adsorbés à leur surface, ce qui rend nécessaire l’adaptation des procédés de traitement.

The recovery of nanoparticles from industrial wastewater before re-injecting into nature, or from hydric resources to produce drinking water, will be an important challenge in the near future because of the rapid development of nanotechnology. These particles will inevitably be found in industrial and domestic wastes, and indeed in water resources. Nanoparticles differ from classical solid particles by their size, by their specific properties due to their high surface over volume ratio. These differences could make necessary to adapt classical water treatments processes.

Mots-clés (∼ 6)

Nanoparticules, Pollution, Traitement des eaux, Coagulation, Flottation, Développement de procédés.

Keywords (∼ 6)

Nanoparticles, Pollution, Wastewater treatment, Coagulation, Flotation, Environment.

Points clés

Domaine : Traitement de l’eau et des effluents liquides

Degré de diffusion de la technologie : Émergence I Croissance I Maturité

Technologies impliquées : flottation, coagulation-floculation, séparation de particules

Domaines d’application : poudres, nanotechnologies, traitement de surface, production d’eau potable

Principaux acteurs français :

Pôles de compétitivité :

Centres de compétence :

Industriels :

Autres acteurs dans le monde :

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MOTS-CLÉS

nanoparticules pollution traitement des eaux coagulation flottation développement de procédés

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re215

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5. Étude de la flottation des nanoparticules

Parmi les nombreux paramètres contrôlant l’efficacité de capture des particules par des bulles, les principaux sont la taille des bulles et des particules, la charge de surface des bulles et des particules, et la constante effective de Hamaker, caractéristique des phases en interaction et du milieu qui les sépare.

5.1 Effet des paramètres opératoires

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5.1.1 Effet de la taille des particules

Comme nous l’avons vu précédemment, la première étape de la flottation est la collision entre la particule et la bulle, contrôlée par les interactions hydrodynamiques dans le cas de grosses particules. Mais, pour les nanoparticules, il est beaucoup plus difficile de favoriser les collisions. En effet, de par leur très petite taille, le mécanisme d’hétéroagrégation est dominé par la diffusion brownienne vers l’interface liquide/gaz.

L’étude de Nguyen et al. a mis en évidence l’existence d’une taille de particule pour laquelle l’efficacité de capture est minimale. En dessous de cette taille, l’efficacité augmente grâce au mouvement des particules par diffusion brownienne, ainsi qu’aux forces colloïdales qui contrôlent la capture des particules. En travaillant avec des bulles de diamètre avoisinant 150 µm, les résultats expérimentaux (obtenus dans une petite colonne de laboratoire), ainsi que les résultats numériques, mettent en évidence un minimum de l’efficacité de capture pour des particules d’environ 100 nm. Lorsque les particules sont plus grosses, les mécanismes de collision par interception sont prédominants.