Synthesis, physicochemical properties and reactivity towards arsenic (III) and (V) of starch-functionalized magnetite nanoparticles - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2019

Synthesis, physicochemical properties and reactivity towards arsenic (III) and (V) of starch-functionalized magnetite nanoparticles

Synthèse, propriétés physicochimiques et réactivité vis-à-vis de l’arsenic (III) et (V) de nanoparticules de magnétite fonctionnalisées par de l’amidon

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Abstract

This thesis work focused on the synthesis of starch-functionalized magnetite Fe3O4 nanoparticles with the final objective of arsenic (III) and (V) removal in waters. Two "one pot" synthesis methods were applied and the influence of the mass ratio R = mstarch/miron on the physicochemical properties and reactivity of magnetite was systematically studied. The first synthesis method is based on partial oxidation of iron (II) followed by co-precipitation of iron (II) and iron (III) and the second method is based on direct co-precipitation of iron (II) and iron (III). Magnetite synthesis and starch functionalization were performed in a single step. The results of the analyses combining TEM, XRD, Raman, FTIR, XPS and Mössbauer spectroscopies showed differences in the microstructural, structural and magnetic properties of magnetite depending on the synthesis method used. For the first synthesis method, the ratio R influences the crystallite size of magnetite which varies from ~ 70 to 10 nm between R = 0 and 10 while the size decrease is less important using the second method (from ~13 to 9 nm) for the same R values. The size decrease clearly influences the magnetic properties of magnetite by inducing the appearance of the superparamagnetism phenomenon highlighted by Mössbauer spectroscopy. The reactivity of magnetite towards arsenic (III) and (V) was studied by evaluating the influence of parameters such as adsorbent dose, contact time, arsenic concentration at equilibrium, pH and presence of competing ions. Functionalized magnetite have shown higher adsorption capacities than bare magnetite regardless of the synthesis method used. The decrease in crystallite size and the dispersion of nanoparticles in the presence of starch explain these results.
Ce travail de thèse a porté sur la synthèse de nanoparticules de magnétite Fe3O4 fonctionnalisées par de l’amidon avec comme objectif final une application dans l’élimination de l’arsenic (III) et (V) dans les eaux. Deux méthodes de synthèse « one pot » ont été appliquées et l’influence du rapport massique R = mamidon/mfer sur les propriétés physicochimiques et la réactivité de la magnétite a été systématiquement étudiée. La première méthode de synthèse repose sur l’oxydation partielle du fer (II) suivi de la coprécipitation du fer (II) et du fer (III) et la deuxième méthode, sur la coprécipitation directe du fer (II) et fer (III). La synthèse de la magnétite et la fonctionnalisation par l’amidon ont été effectuées au cours d’une seule et même étape. Les résultats des analyses combinant MET, DRX, spectroscopies Raman, FTIR, XPS et Mössbauer ont permis de mettre en évidence des différences de propriétés microstructurales, structurales et magnétiques de la magnétite selon le mode de synthèse utilisé. Pour la première méthode de synthèse, le rapport R influe sur la taille des cristallites de la magnétite qui varie de ~ 70 à 10 nm entre R = 0 et 10 tandis que la diminution de taille est moins importante en utilisant la seconde méthode (de ~13 et 9 nm) pour les mêmes valeurs de R. La diminution de taille se manifeste en particulier sur les propriétés magnétiques de la magnétite avec l’apparition du phénomène de superparamagnétisme mis en évidence par spectrométrie Mössbauer. La réactivité de la magnétite vis-à-vis de l’arsenic (III) et (V) a été étudiée en évaluant l’influence de paramètres tels que la dose d’adsorbant, le temps de contact, la concentration en arsenic à l’équilibre, le pH et la présence d’ions compétiteurs. Les magnétites fonctionnalisées ont des capacités d’adsorption supérieures à celle de la magnétite nue quel que soit le mode de synthèse utilisé. La diminution de la taille des cristallites et la dispersion des nanoparticules en présence d’amidon expliquent ces résultats.
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tel-02559232 , version 1 (30-04-2020)

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Cite

Mbolantenaina Rakotomalala Robinson. Synthèse, propriétés physicochimiques et réactivité vis-à-vis de l’arsenic (III) et (V) de nanoparticules de magnétite fonctionnalisées par de l’amidon. Matériaux. Université de Lorraine, 2019. Français. ⟨NNT : 2019LORR0290⟩. ⟨tel-02559232⟩
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