Soutenance mémoire
Exemples schématiques montrant le phénomène d’intercalation
Synthèse
Les polysilicates lamellaires peuvent être synthétisés en laboratoire en utilisant un procédé hydrothermal. La première synthèse d’un polysilicate qui a été effectué est celle de l‘octosilicate réalisée par McCulloch en 1952 [65]. Il l’a préparé en mélangeant 15 parties de gel de silice avec 3,6 parties d’hydroxyde de sodium et 30 parties d’eau. Les ingrédients ont été placés dans une ampoule en pyrex scellée qui a été chauffée à 100°C pendant quatre semaines. A son insu, le même auteur avait aussi réussi la synthèse de la magadiite et de la kenyaite avant même leur découverte. Ce procédé hydrothermal est toujours très utilisé de nos jours pour la synthèse des polysilicates [66, 67]. Par contre, les conditions expérimentales ont été légèrement modifiées de façon à réduire le temps de réaction. C’est en augmentant la température de la réaction que ce dernier peut être considérablement réduit. En 1995 [68], Graham a publié un nouveau procédé pour la synthèse des polysilicates. Cette méthode implique le mélange de différents rapports de métasilicate de sodium hydraté et de gel de silice. Ces mélanges sont ensuite chauffés à des températures variant de 50 à 900°C pour des périodes de temps allant jusqu’à 18 heures. De cette façon, il a synthétisé la magadiite, la kanémite et l’octosilicate. Les modifications dans les rapports des différents réactifs sont en accord avec la composition de chacun des polysilicates. Aussi, on observe que plus la teneur en Si est élevée plus l’épaisseur de la feuillet de silicate est importante [10, 69– 73]. Un diagramme ternaire Na2O-SiO2-H2O délimitant les zones de formation de différents silicates de sodium hydratés est donné sur la Figure 9 [74]. 17 I.6 Synthèse Les polysilicates lamellaires peuvent être synthétisés en laboratoire en utilisant un procédé hydrothermal. La première synthèse d’un polysilicate qui a été effectué est celle de l‘octosilicate réalisée par McCulloch en 1952 [65]. Il l’a préparé en mélangeant 15 parties de gel de silice avec 3,6 parties d’hydroxyde de sodium et 30 parties d’eau. Les ingrédients ont été placés dans une ampoule en pyrex scellée qui a été chauffée à 100°C pendant quatre semaines. A son insu, le même auteur avait aussi réussi la synthèse de la magadiite et de la kenyaite avant même leur découverte. Ce procédé hydrothermal est toujours très utilisé de nos jours pour la synthèse des polysilicates [66, 67]. Par contre, les conditions expérimentales ont été légèrement modifiées de façon à réduire le temps de réaction. C’est en augmentant la température de la réaction que ce dernier peut être considérablement réduit. En 1995 [68], Graham a publié un nouveau procédé pour la synthèse des polysilicates. Cette méthode implique le mélange de différents rapports de métasilicate de sodium hydraté et de gel de silice. Ces mélanges sont ensuite chauffés à des températures variant de 50 à 900°C pour des périodes de temps allant jusqu’à 18 heures. De cette façon, il a synthét
Synthèse en milieu hydrothermal
Les silicates cristallisés s’obtiennent habituellement par cristallisation hydrothermale d’un gel constitué d’une phase liquide et d’une phase solide. les cations minéraux et/ou espèces organiques (cations ou molécules neutres)· les sources d’agents minéralisateurs (OH-, F-) · les sources d’éléments T de charpente (T=Si) ·Le milieu réactionnel contient : un solvant (en général l’eau).·dans le cas des solides microporeux. La synthèse de ces matériaux se fait en milieux généralement basiques à des températures pouvant atteindre 700°C (celles-ci sont généralement inférieures à 200°C dans le cas des 18 Figure 9 : Diagramme ternaire de formation: kenyaite; kanémite; magadiite; makatite et silhydrite. I.6.1 Synthèse en milieu hydrothermal Les silicates cristallisés s’obtiennent habituellement par cristallisation hydrothermale d’un gel constitué d’une phase liquide et d’une phase solide. les cations minéraux et/ou espèces organiques (cations ou molécules neutres)· les sources d’agents minéralisateurs (OH-, F-) · les sources d’éléments T de charpente (T=Si) ·Le milieu réactionnel contient : un solvant (en général l’eau).·dans le cas des solides microporeux. La synthèse de ces matériaux se fait en milieux généralement basiques à des températures pouvant atteindre 700°C (celles-ci sont généralement inférieures à 200°C dans le cas des 18 Figure 9 : Diagramme ternaire de formation: kenyaite; kanémite; magadiite; makatite et silhydrite. I.6.1 Synthèse en milieu hydrothermal Les silicates cristallisés s’obtiennent habituellement par cristallisation hydrothermale d’un gel constitué d’une phase liquide et d’une phase solide. les cations minéraux et/ou espèces organiques (cations ou molécules neutres)· les sources d’agents minéralisateurs (OH-, F-) · les sources d’éléments T de charpente (T=Si) ·Le milieu réactionnel contient : un solvant (en général l’eau).·dans le cas des solides microporeux. La synthèse de ces matériaux se fait en milieux généralement basiques à des températures pouvant atteindre 700°C (celles-ci sont généralement inférieures à 200°C dans le cas des zéolithes). Les anions OH- ou F- permettent la solubilisation des espèces réactives du gel (silice) et leur transfert vers les cristaux en cours de croissance. Les anions fluorures, à côté de leur rôle minéralisateur, peuvent jouer un rôle de co-structurant en stabilisant certaines unités de construction de l’édifice minéral [60]. Les facteurs influant sur la nature du composé formé sont très nombreux. Il existe, en effet, à côtés des paramètres thermodynamiques, de nombreux autres paramètres dits cinétiques. Les premiers nommés correspondent à la température, la pression et la composition chimique. Les paramètres cinétiques, quant à eux, sont en premier lieu le temps de réaction, mais aussi tous les facteurs liés à la préparation du gel et qui influencent sa « réactivité » (nature des matières premières engagées, méthode de préparation du gel, ordre d’addition des réactifs…), sans oublier tous les facteurs impliqués lors de la réaction hydrothermale à proprement parlé (milieu agité ou non, forme et volume du réacteur…) [4, 75, 76]. Aussi, la synthèse des acides siliciques est régie par la nature des ions alcalins. Dans les solutions aqueuses de silice ou dans les solutions d’hydroxyde de sodium à des températures égales ou supérieures à 100°C, la magadiite (Na2Si14O29.XH2O) se forme préférentiellement [77]; tandis que K2Si20O41.xH2O est facilement précipité à partir de des solutions d’hydroxyde de potassium [78]. Ce silicate de potassium est étroitement lié à la kenyaite (Na2Si22O41.XH2O) [40, 79], sauf pour une réactivité accrue intra-cristalline. Evidemment, les ions de potassium exercent une influence contraire sur la réactivité des phyllosilicates hydratés et les minéraux argileux 3/1. Les ions potassium réduisent ou même bloquent les réactions intra-cristallines (échange de cations, gonflement) des minéraux argileux plus chargée, mais augmentent la réactivité des phyllosilicates hydratés [80]. Beneke et Lagaly (1983) [81] ont décrit la synthèse de la kenyaite et magadiite dans le domaine de températures entre 100 ~ 150°C « Speculative field boundary » : limite du champ spéculatif pour la proposition de formation de kenyaite et magadiite. Des solutions ayant des rapports SiO2 : NaOH les procédés industriels et de modifications pour améliorer le rendement des mécanismes existants de synthèse de silicate [79
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Rappel bibliographique
I. Généralités sur les silicates
I.1. Classification des silicates
I.2 Les phyllosilicates
I.2.1 Classification des phyllosilicates
I.3 Les Polysilicates lamellaires naturelles
I.3.1 Classification des polysilicates
I.4 Origine de la kenyaite
I.5 Structure
I.6 Synthèse
I.6.1 Synthèse en milieu hydrothermal
I.6.2 Synthèse en présence d’un structurant
I.7 Caractérisation
I.7.1 Analyse par diffraction de rayons X
I.7.2 Analyse par microscopie électronique à balayage
I.7.3 Analyse par spectroscopie infrarouge
I.7.4 Analyse thermique gravimétrique TG-DTG
I.7.5 Résonnance magnétique nucléaire RMN
I.7.5.1 le principe
I.7.5.2 RMN 29Si de la kenyaite-Na
I.7.5.3 RMN H de la kenyaite-Na
I.7.5.4 RMN 23Na de la kenyaite-Na
I.8 Propriétés
I.8.1 l’intercalation
I.8.1.1 Définition
Exemples schématiques montrant le phénomène d’intercalation
I.8.1.2 Les forces motrices de l’intercalation
I.8.1.3 L’eau interlamellaire
I.8.1.4 Réaction de pontage
I.8.1.4.1 Caractéristiques
Exemples schématiques montrant le phénomène de pontage
I.8.2 L’échange ionique
I.8.2.1 Capacité d’échange cationique (C.E.C)
I.8.2.2 Capacité de gonflement
I.8.3 Le greffage
Exemples schématiques montrant le phénomène de greffage
I.8.4 Imprégnation
I.8.4.1 Imprégnation avec interaction
I.8.4.2 Imprégnation sans interaction
I.9 Application
I.9.1 Catalyse
I.9.2 Application environnementale
I.9.3 Application biologique
Objectifs de la thèse
Chapitre II : Techniques expérimentales de caractérisation et protocoles de synthèse
Introduction
II.1 Réactifs utilisés
II.2 Protocole de synthèse de la kenyaite
II.3 Protocole d’échange d’ions
II.4 Protocole du test antibactérien.
II.5 Techniques de caractérisation
II.5.1 Analyse par diffraction de rayons X (DRX
II.5.1.1 Principe
II.5.1.2 Appareillage
II.5.2 Analyse par spectrométrie infrarouge (IR)
II.5.2.1 Principe
II.5.2.2 Appareillage
II.5.3 Analyse par microscopie électronique à balayage (MEB
II.5.3.1 Principe
II.5.3.2 Appareillage
II.5.4 Analyse par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie (EDS)
II.5.4.1 Principe
II.5.4.2 Appareillage
II.5.5 La spectroscopie ultra-violet solide (UV
II.5.5.1 Principe
II.5.5.2 Appareillage
II.5.6 Analyse thermogravimétrique (ATG
II.5.6.1 Principe
II.5.6.2 Appareillage
II.5.7 La spectroscopie photoélectrons X (XPS
II.5.7.1 Principe
II.5.7.2 Appareillage
Chapitre III : Caractérisation du matériau synthétisé : la kenyaite-Na
Introduction
III.1 Synthèse de la kenyaite sodique
III.1.1 Analyse par la diffraction de rayons X (DRX
III.1.2 Analyse par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourrier (FTIR
III.1.3 La microscopie électronique à balayage (MEB)
III.1.4 Analyse thermogravimétrique (TG)
III.1.5 La spectroscopie rayons X à dispersion d’énergie (EDS
III.1.6 Spectroscopie ultra-violet visible du solide (UV)
III.1.7 Analyse par spectroscopie photoélectrons X (XPS
Conclusion
Chapitre IV : Caractérisation des matériaux échangés : les kenyaites-Ag
IV. Introduction
IV.1 Matériaux échangés avec l’argent
IV.1.1 Suivie du potentiel Hydrogène des matériaux échangés avec l’argent
IV.1.2 Echange cationique dans les conditions normales
IV.1.3 Echange cationique dans une chambre noire
IV.2.1 Analyse par diffraction de rayons X
IV.2.2 La transformée de Fourrier infrarouge (FTIR
IV.2.3 Analyse thermogravimétrique (ATG
IV.2.4 La microscopie électronique à balayage (MEB
IV.2.5 La spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie (EDS
IV.2.6 Spectroscopie ultra-violet visible du solide (UV
IV.2.7 La spectroscopie photoélectrons X (XPS
IV. Conclusion
Chapitre V : Application biologique
V. 1. Introduction
V.1.1 Effet antibactérien
V.1 2 Rappel sur les bactéries
V.1 3 Caractéristiques de la souche bactérienne utilisée : Escherichia coli
V.1 4 Les infections bactériennes
V.1 5 Les Antibiotiques
V.1 6 Résistance des antibiotiques
V.2 Les métaux antibactériens
V.2 1 Position de l’argent
V.2 2 Test de sensibilité
V.3 Lecture des résultats
V. Conclusion
Conclusion générale
Annexe 1 : Les diffractogrammes de rayons X des échantillons B, C, D, E, F et G
Annexe 2 : Les thermogrammes des échantillons B, C, D, E, F et G
Annexe 3 : Spectres DRUV des échantillons B, C, D, E, F et G
Références
Résumé
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