IWCE 2017 Naous Mohamed*,Soledad Rubio Bravo** et Farida Bouanani* Université d’Oran Faculté des Sciences Département de Chimie Laboratoire de Chimie Physique Macromoléculaire Extraction of Contaminants over a Wide Polarity Range by Magnetic Nanoparticles Coated with Oligomeric Micelles Multicore Naous Mohamed*,Soledad Rubio Bravo** et Farida Bouanani* *: Laboratoire de chimie physique macromoléculaire Oran **: Laboratoire de nanochimie et chimie fine Université de Cordoba Espagne

Plan de la présentation Nanoparticules de magnétite(NPM)  Applications des NPM Pourquoi Fonctionnaliser les NPM Synthèse de NPM/PUDS et optimisation (variations des conditions opératoire) Résultats et interprétations Caractérisation des NPM/PUDS optimisées Application à l’extraction des amines aromatiques Conclusion

Définition des Nanoparticules de magnétite (NPM) La magnétite ou l’Oxydes de fer (Fe3O4)  est un minéral ferromagnétique. peut être trouvé naturellement sous forme de cristaux au sein de roches éruptives (et donc magmatiques) ou métamorphiques Ferromagnétique (sont attirés par des aimants)   NPM: R< 100 nm Grand rapport surface-volume. Des nanoparticules(R< 15 nm) superparamagnétiques dans un solvant constituent un ferrofluide, liquide magnétique qui a de nombreuses applications industrielles, biomédicales

Applications des MNP Agents d’extraction rapide en appliquant un champ magnétique externe, élimination et récupération des métaux lourds et de polluants organiques, Agents de contraste en IRM, vecteur médicament anti-cancer Catalyse chimique, stockage de données stockage d’energie électrique (électrodes pour batterie)

Pourquoi Fonctionnaliser les MNP: NP Hybrides - améliorer la faible stabilité colloïdale par mécanisme stérique ou électrostatique sans altérer les propriétés magnétiques initiales des NPM apporter de nouvelles propriétés chimiques (agent de fonctionnalisation) nécessaires à la performance des NPM hybrides.

Agent de fonctionnalisation: polyundecylenate de sodium (PUDS) IWCE 2017 Agent de fonctionnalisation: polyundecylenate de sodium (PUDS) cmc=0 →micellisation à toutes concentration, Micelles trés stables ( adsorption chimiques ) le plus étudié des surfactant oligomerique Interactions de différents type ( electrostatiques et stériques) Syntheses facile (réaction en chaine)

Synthèse des nanoparticules hybrides: NMP/PUDS IWCE 2017 Synthèse des nanoparticules hybrides: NMP/PUDS Fe2+ + 2Fe3+ +8OH- Fe3O4 + 4H2O FeCl3F

Effet du rapport NH3/Fe Adsorption optimale: NH3 : Fe =5 les NPM/PUDS obtenues sont composés de noyaux de magnétique ayant R ~ 4 nm NPM/PUDS hybrides stables

Effet de la Quantité de PUDS Les rayons des NPM varient de 3,9 nm à 5 nm. (MET) 3 g de PUDS ajoutés plus petite taille des noyaux de magnétite (3,9±0,2) nm la surface la plus importante (nanoparticule la plus stable).

Influence de la température une variation de T de 80° C à 40° C : Pas de changement de taille pas de changement de taux de fonctionnalisation de surface. le rendement de la réaction a été réduit à 5 % une plus faible cristallinité, (DRX)

Influence du facteur temps Pas de changement de taille Presque aucun NPM/PUDS n’est formés à 15 min. Le rendement de la réaction augmente avec la temps

Caractérisation des NPM/PUDS optimisées Les conditions choisies sont: température: 80°C durée de la réaction: une heure un rapport de NH3:Fe = 5 une quantité de 3 g de PUDS Conditions de synthése MET (nm) H (DDL) g (FFF) NH3 : Fe = 5 mPUDS=3 g, 80°C 3,9±0,2 97±2 73±2

Microscope electronique à balayage Les images par MEB montrent des particules sphériques

Clichés TEM des MNP/PSUD Les nanoparticules magnetiques sont groupées en clusters (i.e. multi-core MNPs).

Structure des des nanoparticules hybrides: NMP/PUDS La difference de tailles obtenu par TEM et la DDS suggère l’existence de clusters (agregats) de particules magnetique (poly noyaux magnetique nanoparticculaire) liées par PUDS

Propriétés structurales des NPM/PUDS Caractéristiques Technique d’analyse Résultats Stabilité Taille des Noyaux  MET  DRX  3,9 nm 4,25 nm Taille des Clusters MET-HR  DDL  3,93 nm 100 nm Paramètre de maille DRX a= 8,379± 0,002 Å Morphologie MEB FFF -Sphérique -sphère hétérogène Structure et dimensions Point de charge nulle Zétamétrie PCN = 4,8 Propriétés magnétiques Magnétométrie Ms=28,5 emu/g Mr=2.5 emu.g-1

Application à l’extraction des amines aromatiques Les AA largement utilisées comme matière première ou comme additifs dans la fabrication de produits chimiques industriels (les pesticides, les médicaments, les colorants, les cosmétiques ) La majeur partie des amines aromatiques (AA) ont été classés par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) comme étant potentiellement cancérogènes chez l’humain La présence des AA dans différents produits commerciaux tels que les textiles et cuirs, est régie par une règlementation spécifique en particulier dans l’Union européenne Par exemple les niveaux maximums admis pour AA libérées par les composés portant des groupements azoïques sont de 30 mg kg-120. développer une méthode efficace, rapide et fiable

Extraction en phase solide magnétique Schéma représentant l’extraction magnétique des amines aromatique nanoparticules

Extraction des amiees aromatiques 19 AA été choisies en raison de leurs importance en tant que polluants, mais également en raison d’une polarité très large, log Kp variant de (-0.80 à 4.05). Les concentrations des AA contenus dans l’ensemble des échantillons traitées (eaux usées, urine ou encore textiles) ont été analysées et mesurées grâce à la méthode d’analyse CPL-SM-SM

protocole d’extraction des AA

Concentrations moyennes des AA isolées dans les 03 échantillons et les limites de détection. les seuils de détection des AA présents dans le textile (0,007-0,08 mg kg-1) sont bien au-dessous des niveaux autorisés par l’UE (30 mg kg-1)

Conclusion Les Fe3O4/PUDS sont synthétisé avec succès par une coprécipitation en une seule et simple étape. une optimisation des conditions expérimentales pour obtenir des nanoparticules stables et biocompatibles.

La forte densité des micelles et la variété des interactions mise en jeu par cet adsorbant, l’a rendu très performant pour l’extraction de dix neuf AA dans une large gamme de polarité, présents dans des textiles, l’urine et des eaux les seuils de détection des AA présents dans le textile (0,007-2 mg kg-1) sont bien au-dessous des niveaux autorisés par l’UE (30 mg kg-1) la comparaison du protocole d’extraction avec celles de méthodes, reportées dans la littérature, permet d’affirmer que cette méthode, est bien plus efficace car les taux de récupérations obtenus sont nettement supérieurs à ceux des méthodes classiques en particulier pour les AA très polaires.