Etudes physico-chimiques de tensioactifs pH sensibles pour l’élaboration de supports solides dans le cadre de la réutilisation des eaux usées traitées (REUT)

Situé sur le campus de l’Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse (INSA), le laboratoire de recherche public TBI, soutenu par l’INSA Toulouse, le CNRS et l’INRAE, mêle recherche fondamentale et appliquée dans le domaine des biotechnologies

Le laboratoire SOFTMAT, Chimie des colloïdes, polymères & assemblages complexes est dédié à la recherche sur la chimie de la matière molle. Il se consacre aux systèmes organisés constitués de tensioactifs, polymères, biomolécules ou nanoparticules.

Assurer une bonne qualité de l'eau apparaît comme le défi majeur des décennies à venir pour préserver la santé humaine et l'écosystème. Parmi les procédés avancés de traitement des eaux usées, les bioréacteurs à membrane (BRM) sont considérés comme l’une des technologies les plus efficaces. Cependant, le colmatage membranaire induit des coûts de fonctionnement limitant. Récemment, des méthodes biologiques ont été étudiées par la communauté scientifique [1] afin de limiter ce phénomène. Le Quorum Quenching (QQ) est apparu comme une solution innovante de contrôle du colmatage en agissant sur le Quorum Sensing (QS), mécanisme partiellement responsable de celui-ci. Une des méthodes de mise en œuvre du QQ consiste en l’utilisation de supports solides poreux permettant de piéger des bactéries ayant la capacité de perturber le signal QS. Les supports utilisés dans le cadre de ce projet sont des billes constituées d’un matériau biosourcé, l'alginate de sodium (ALG) et d’un polymère, le polyvinyle alcool (PVA).[2] Afin de répondre aux exigences de durabilité, la démarche mise en œuvre dans ce projet est le développement d’un revêtement en silice à porosité contrôlée à la surface des billes par procédé sol-gel. La mésoporosité est formée par effet gabarit à l’aide de tensioactifs. Dans le cadre de ce stage, nous utiliserons le mélange d’un tensioactif sensible au pH (TD) et un tensioactif cationique. Les structures formées par le mélange TD/CTAB (bromure de cetyltrimethylammonium) sont décrites dans la bibliographie [3] mais pas celles avec le bromure de cetyltriethylammonium (CTEAB). Structures des autoassemblages du mélange CTAB/TD en fonction du pH Le remplacement du CTAB par le CTEAB permettra de diminuer sensiblement la quantité de tensioactifs nécessaires au procédé sol-gel. L’objectif du projet est donc la caractérisation physico-chimique des assemblages du TD/CTEAB en fonction du pH. Ils seront caractérisés par tensiomètrie, DLS, SAXS, NTA et spectrométrie de fluorescence. Au cours de ce stage, ces assemblages seront utilisés dans le procédé sol-gel pour développer des billes plus résistantes, en présence ou non de bactérie.

[1] Process-Oriented Review of Bacterial Quorum Quenching for Membrane Biofouling Mitigation in Membrane Bioreactors (MBRs). Bouayed N, Membranes (Basel). 2016 Dec 13;6(4). pii: E52. 

[2] Preparation and Characterization of Novel Polyvinyl Alcohol-Alginate Beads for Quorum Quenching Application in Membrane Bioreactors. J. Polym. Env., 2024, 32, 5837. https://doi.org/10.1007/s10924-024-03304-7

[3] Responsive morphology transition from micelles to vesicles based on dynamic covalent surfactants. Soft Matter, 2019,15, 2703. https://doi.org/10.1039/C9SM00009G

Compétences / connaissances souhaitées : Nous recherchons un-e étudiant-e intéressé-e par la synthèse organique, la synthèse de matériaux et la caractérisation physico-chimique des tensioactifs. Début du stage selon disponibilité, entre janvier et mars.