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Les Nanoparticules et l’Eau : les recherches menées ... LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 1 Les Nanoparticules et l’Eau

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  • LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 1

    Les Nanoparticules et l’Eau : les recherches menées dans un laboratoire

    toulousain Pascal Guiraud

    [email protected]

    LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 2

    Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés

    DIRECTION: N D Lindley / P Monsan / P Guiraud

    UMR CNRS/INSA N°5504 Institut Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes Institut Sciences Biologiques Institut Ecologie et Environnement

    UMR INRA/INSA N° 792 Microbiologie et Chaîne Alimentaire Caractérisation et Elaboration des Produits Issus de l’Agriculture

  • LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 3

    Fermentation and Bioprocess Engineering

    Transfer, Interfaces, Mixing

    Enzyme Catalysis and Molecular Engineering

    Microbial Physiology and Metabolism

    Separation, Oxydation and Hybrid Processes

    240 persons structured in 5 interactive research groups

    LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 4

    Fermentation and Bioprocess Engineering

    Transfer, Interfaces, Mixing

    Enzyme Catalysis and Molecular Engineering

    Microbial Physiology and Metabolism

    Separation, Oxydation and Hybrid Processes

    Environ 50 personnes sur l’eau

    Activités liées à l’eau

  • LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 5

    Yanping Liu Mallorie Tourbin Fanny Springer Sébastien Lachaize

    LPCNO Louis Lopez Christophe Ellero + Zhujun Huang + Dominique Legendre

    IMFT

    Une partie de l’équipe – un grand merci à eux

    LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 6

    Nanoparticules SiO2

    Nanoparticules SiO2 agglomerées

    Nanoparticule recouverte de tensio-actifs

    Nanoparticules?

  • LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 7

    Pourquoi s’intéresser aux NPs?

    Elimination des NPs :

    un défi important dans un proche

    avenir

    eaux usées industrielles

    ressources hydriques

    � développement rapide des nanotechnologies

    � peu préoccupé par le traitement des pollutions

    nanoparticules

    LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 8

    Coagulation

    Ozonation Chloration

    UV

    Décantation

    Filtration Dégrillage

    Coagulation

    Ozonation Chloration

    UV

    Décantation

    Filtration Dégrillage

    Sommes nous certains que les procédés classiques retiennent les NPs?

    NPs et production d’eau potable ?

  • LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 9

    Treated water

    Sludge treatmentSludge treatment

    Pre-Pre- treatmentstreatments

    R iv

    er

    Excess sludge extraction Excess sludge extraction

    Wastewater treatmentWastewater treatment

    Sludge disposal

    BiodegradationBiodegradation ClarificationClarification

    RecyclingRecycling

    Wastewater

    Même question, principalement pour les rejets industriels à l’heure actuelle

    NPs et traitement d’effluents ?

    LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 10

    Comment commencer une étude ?

    Question 1: quelles particules ? (nano-SiO 2)

    produits en grandes quantités (10 2-103 ton/an) + produits commerciaux disponibles (Klebosol ® 30R50 et 30R25 )

    Question 2: quel procédé ? (flottation, coagulation , membranes)

    Ex. des effluents de polissage chimique et mécaniqu e (CMP) par flottation à air dissous (FAD) (Lien and Liu, 2006).

  • LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 11

    Microscopie électronique à transmission (MET)

    Caractérisation (taille - MET)

    30R25 d ≈ 37 nm

    30R50 d1 ≈ 90 nm, d 2 ≈ 45 nm

    200 nm 100 nm

    LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 12

    0.1

    1

    10

    100

    1000

    0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

    Volume concentration (%)

    T u

    rb id

    ity (

    N T

    U ))

    30R50

    0.1

    1

    10

    100

    0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100

    Volume concentration (%)

    T ur

    b id

    ity (

    N T

    U )°

    30R25

    Evolution expérimentale de la turbidité avec la con centration en nanoparticules

    Caractérisation (turbidité)

    30R50 30R25

  • LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 13

    Air comprimé

    Réservoir sous

    pression

    P=0-2,5 bars

    5 Litres

    Cellule de filtration

    perméat

    Filtration par membrane

    LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 14

    0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

    1 1.1

    0 20 40 60 80 100

    Deposited mass / Membrane surface (g.m -2)

    Lp /L

    p 0

    2 bar, 10 kDa

    2.0 bar, 100 kDa

    TURBIDITE INITIALE NTU: [76-80]

    0 – 1h

    NTU=1.4

    R=98.1%

    1h – 2h

    NTU=0.3

    R=99.6%

    2h – 3h

    NTU=0.1

    R=99.9% 0 – 1h

    NTU=2.2

    R=97.1%

    1h – 2h

    NTU=0.3

    R=99.6%

    Filtration par membrane : résultat

  • LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 15

    25 mL

    tempst = 0

    AlCl 3 ou CTAB agrégation + sédimentation

    Séparation par agrégation puis sédimentation

    > 99% de la turbidité éliminée par agrégation + séd imentation

  • LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 17

    Séparation par flottation

    LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 18

    Comment financer ces recherches?

    Au début INSA projet inter-laboratoire LISBP-LPCNO 20 k€ Université de Toulouse projet LISBP-LPCNO-IMFT 20 k€

    Pour démarrer réellement Région Midi-Pyrénées 20 k€ CNRS Projet Exploratoire Pluridisciplinaire 40 k€ CNRS 2ans de salaire pour un chercheur ~70k€

    Pour travailler 3 ans de bourse du China Scholarship Council 40 k€ 2 ans de postdoc ANR 70 k€ Projet ANR Nanosep 100k€

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