Sayadi, Sabrine
(2025).
« Élaboration d'un nouveau procédé de traitement des eaux usées à base de fibres lignocellulosiques phosphorylées et de microparticules inorganiques » Thèse.
Montréal (Québec), Université du Québec à Montréal, Doctorat en chimie.
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Résumé
La pollution des eaux par les métaux lourds représente un problème environnemental majeur. L’adsorption s’impose comme une méthode de traitement simple, efficace et économique. Le développement d’un adsorbant polyvalent et performant constitue ainsi une solution clé pour répondre à cet enjeu. Dans ce contexte, cette thèse vise à développer des matériaux biosourcés multifonctionnels à base de fibres cellulosiques phosphorylées, capables d’éliminer simultanément les cations et les anions métalliques présents dans les eaux usées. La phosphorylation des fibres de cellulose a été réalisée par un procédé utilisant des esters de phosphate en présence d’urée, permettant de greffer efficacement un grand nombre de groupes phosphate à la surface des fibres sans altérer l’intégrité des chaînes cellulosiques. Les fibres phosphorylées obtenues présentent une forte densité de charges anioniques et une excellente capacité d’adsorption des cations métalliques, mais une affinité limitée pour les anions. Pour pallier cette limitation, deux stratégies de fonctionnalisation ont été explorées afin de conférer aux matériaux une capacité d’adsorption simultanée pour les polluants anioniques et cationiques : (i) la greffe d’un aminosilane ((3-aminopropyl)triéthoxysilane, APTES), ou (ii) l’intégration de nanoparticules de magnétite (Fe₃O₄). Dans la première approche, les fibres phosphorylées ont été modifiées avec de l’APTES selon une méthode douce, respectueuse de la structure des fibres (matériau FPS). Les analyses ont révélé que la greffe se faisait principalement par des liaisons covalentes de type Si–O-C et Si–O–P, sans altérer la cristallinité ni la morphologie des fibres. Le matériau résultant présente des propriétés hydrophobes, une stabilité thermique améliorée, et une surface zwitterionique propice à l’adsorption conjointe de cations et d’anions. La seconde approche consiste en la fabrication de composites hybrides organiques/inorganiques par incorporation de nanoparticules de Fe₃O₄ dans la matrice cellulosique phosphorylée (PKF@Fe₃O₄). La méthode de synthèse a permis l’obtention d’une dispersion homogène des particules de magnétite à la surface des fibres phosphorylées avec une forte interaction fibre–magnétite. Ces composites conservent la morphologie initiale des fibres tout en montrant une bonne stabilité chimique, thermique et mécanique. Les performances d’adsorption de ces matériaux ont été évaluées à l’aide des cations Cu2+ et des anions 24CrO−. Le composite PKF@Fe₃O₄ a montré une forte affinité pour ces ions, avec des capacités maximales atteignant 140,0 mg/g pour Cu2+ et 16,0 mg/g pour 24CrO−. Les études cinétiques et isothermes ont mis en évidence des mécanismes distincts selon la nature de l’ion adsorbé, révélant l’hétérogénéité des sites d’adsorption. L’adsorption s’est avérée spontanée et endothermique. Le matériau FPS a également démontré une excellente capacité d’élimination des ions Cu2+ et 24CrO−, avec des capacités respectives de 117,0 mg/g et 97,6 mg/g. L’adsorption repose sur des interactions électrostatiques, des phénomènes de complexation et des échanges ioniques. Ce matériau a également été valorisé en fin de vie comme précurseur pour la synthèse de céramiques composites de type SiCO/Cu/Cu₃P. Dans l’ensemble, ces travaux soulignent le potentiel des fibres cellulosiques phosphorylées fonctionnalisées comme adsorbant durable pour la décontamination des eaux et leur valorisation post-utilisation, s’inscrivant pleinement dans une logique d’économie circulaire.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : fibres cellulosiques, fonctionnalisation, phosphorylation, silylation, matériaux composites, nanoparticules de magnétite, adsorption, métaux lourds, eaux usées
| Type: |
Thèse ou essai doctoral accepté
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| Informations complémentaires: |
Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A. |
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Directeur de thèse: |
Canesi, Sylvain |
| Mots-clés ou Sujets: |
Traitement des eaux usées / Élimination des métaux lourds / Adsorption / Adsorbants / Fibres cellulosiques / Fonctionnalisation / Phosphorylation / Silylation / Matériaux composites / Nanoparticules / Magnétite |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département de chimie |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
20 janv. 2026 13:46 |
| Dernière modification: |
20 janv. 2026 13:46 |
| Adresse URL : |
https://archipel.uqam.ca/secure/id/eprint/19524 |
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