Développement et optimisation d’un matériau poreux pour la récupération des traces de métaux dans les effluents

L’Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC), est une unité de recherche sous cotutelle du Centre Nationale de la Recherche Scientifique et de l’Université de Strasbourg. Majoritairement situé sur le Campus de Cronenbourg, l’institut regroupe quatre départements et 22 équipes de recherches.

Le stage a lieu dans l’équipe du RePSeM (Reconnaissance et Procédés de Séparation Moléculaire). Cette équipe, spécialisée en physico-chimie, analyse et génie des procédés pour le développement durable, porte ses expertises sur deux axes majeurs : la reconnaissance, l’analyse, et l’extraction liquide-liquide et liquide-solide de métaux et la valorisation chimique et énergétique de biomolécules.

La demande en métaux, renforcée par la transition énergétique qui en est très consommatrice, ne va cesser de croître : il est estimé que la demande  uropéenne du cuivre va être multipliée par dix d’ici 2050.
Afin d’améliorer son autonomie pour son  approvisionnement en ces matières, l’Union Européenne a mis en place plusieurs objectifs pour 2030, dont l’approvisionnement à partir du recyclage domestique à hauteur de 25 % de la consommation annuelle de l’UE.
La plupart des techniques les plus répandues de récupération des métaux dans les effluents ne
permettent pas la récupération totale des ions présents en solution. Ces métaux étant souvent dangereux pour la santé et l’environnement, l’Union Européenne a mis en place des normes de rejets des effluents industriels dans les milieux naturels. Il est donc nécessaire d’effectuer une étape d’élimination des traces résiduelles avant leur rejet dans l’environnement.
Notre équipe développe un procédé de récupération des traces de métaux, notamment du cuivre, par
adsorption. Pour cela, des supports adsorbants à base de silice sont synthétisés par voie sol-gel en présence d’un tensioactif pour créer une structure mésoporeuse organisée. Le matériau obtenu, de la silice MCM-41 sous forme de poudre micrométrique, doit être mis en forme pour permettre son utilisation en mode dynamique. Des billes composites silice/liant sont ainsi élaborées.
Pour permettre la récupération des métaux en solution, les pores du matériau sont remplis par des
ligands déjà utilisés industriellement en extraction liquide-liquide. Deux propriétés du matériau mis en forme sont donc essentielles : son volume poreux, qui fixe la quantité maximale de ligand qui pourra être introduite dans le matériau, et sa force de rupture, qui traduit sa résistance mécanique lors de son utilisation en colonne.

Notre équipe souhaite recruter un.e étudiant.e en Master 2 pour le développement et l’optimisation de
la mise en forme du matériau. Il/elle devra ainsi tester de nouveaux paramètres ou de nouvelles techniques de mise en forme après étude bibliographique. Une fois les paramètres principaux déterminés, la mise en forme devra être optimisée afin d’obtenir un matériau de volume poreux et de force de rupture maximum avec un protocole le plus simple et rapide possible.
Il/elle devra synthétiser sa propre silice MCM-41 et réaliser la caractérisation des matériaux obtenus :
physisorption à l’azote, diffraction des rayons X, …. L’efficacité d’adsorption des matériaux devra également être évaluée : les matériaux devront être imprégnés et utilisés comme support sur des expériences en batch et/ou en continu. La capacité d’adsorption des matériaux est déterminée par analyse des éléments en solution avant et après adsorption, menant donc à l’utilisation d’appareils d’analyse des éléments à faible concentration tels que l’ICP-OES.

Nous recherchons un.e candidat.e en Master 1/2 ayant des compétences en chimie des matériaux et des solutions.