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| Revendications 1. Procédé de rétention de cations au sein d'une matrice de silicate de calcium hydraté CSH, lesdits cations étant contenus 5 dans une eau à traiter, dans lequel : - on utilise en tant que précurseur de ladite matrice de silicate de calcium hydraté CSH, un mélange anhydre solide composé au moins de chaux (Ca(OH)2 et de silice nanométrique ( SiO2) ; Caractérisé en ce que : 10 - on hydrate ledit mélange anhydre avec ladite eau à traiter contenant les cations jusqu'à synthèse de ladite matrice de silicate de calcium hydraté, ladite matrice se présentant sous la forme d'un gel de silicate de calcium hydraté internalisant et retenant lesdits cations. 15 2. Procédé de rétention de cations selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire dans laquelle : - on laisse mûrir le gel de silicate de calcium hydraté CSH 20 jusqu'à ce qu'il se cristallise sous forme de tobermorite solide. 3. Procédé de rétention de cations selon la revendication précédente caractérisé en ce que la tobermorite se présente sous forme de feuillets de CSH cristallisés et ordonnés, lesdits 25 feuillets présentant un rapport Ca/Si compris entre 0,6 et 1, de préférence égal à 0,8. 4. Procédé de rétention de cations selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport 30 du volume en ml d'eau à traiter sur la masse en g du mélange anhydre solide, composé de la chaux et de silice, est compris entre 10 et 1000. 5. Procédé de rétention de cations selon l'une quelconque 35 des revendications précédentes caractérisé en ce que l'eau à traiter présente une teneur en NaCl comprise entre 0 et 38 g/L, de préférence une teneur en NaCl comprise entre 0 et 10 g/L. 6. Procédé de rétention de cations selon l'une quelconque 5 des revendications précédentes caractérisé en ce que le précurseur est un mélange anhydre solide présentant une masse de chaux Ca(OH)2 égale à la masse de silice nanométrique SiO2. 7. Procédé de rétention de cations selon l'une quelconque 10 des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on hydrate pendant une durée comprise entre lh et 7 jours sous agitation, de façon à obtenir une matrice sous forme de gel de silicate de calcium hydraté internaiisant les cations. 15 8. Procédé de rétention de cations selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cations sont des cations monovalents ou polyvalents, lesdits cations sont constitués par le strontium et/ou l'yttrium et/ou le nickel et/ou le cuivre . 20 |
La présente invention concerne un procédé de rétention de cations contenus dans une eau polluée à traiter.
La pollution de l'environnement, notamment des eaux est un problème récurrent de la société actuelle. Les industriels notamment dans le domaine du nucléaire rejettent de nombreux déchets polluants.
Ces déchets polluants peuvent se retrouver dans les nappes phréatiques et contaminer les eaux de consommation en altérant ainsi leur usage.
Pour remédier à ce problème de contamination de polluant dans les eaux, des procédés de solubilisation et de stabilisation ont été mis en œuvre afin de décontaminer les sources d'eau polluées.
Ces procédés ont pour objectif de piéger les polluants présents dans l'eau en les liant physiquement, chimiquement ou en les intégrant à une matrice stabilisée. Cette matrice va fixer les polluants afin de les concentrer pour, par la suite, les éliminer des eaux dans lesquelles ils se trouvent.
Plusieurs types de matrices sont connus pour fixer les polluants, en particulier le « ciment de Port1and » qui contient comme hydrates majoritaires des hydrosilicates de calcium dits « CSH ». Les CSH peuvent adsorber un grand nombre de polluants cationiques monovalents et polyvalents. La synthèse de ces ciments est réalisée avec une « eau propre » qui va permettre l'hydratation et la synthèse du CSH. En d'autres termes, l'eau propre rajoutée constitue l'eau de synthèse qui provoque la réaction d'hydratation et démarre donc la réaction de synthèse du CSH. Le CSH ainsi constitué peut ensuite être utilisé pour fixer les polluants. Dans l'état de l'art, l'utilisation de l'eau propre est nécessaire pour démarrer la synthèse du CSH correctement et que la prise se réalise.
Le problème des matrices de CSH connues est qu'elles peuvent perdre de leur efficacité de rétention ou d'adsorption des cations selon la salinité et le pH du milieu aqueux pollué à traiter dans lequel elles se trouvent. En effet, les sels monovalents, en particulier NaCl, dissoute initialement dans les déchets aqueux, de type eaux polluées, affectent notablement les capacités de rétention de la matrice de CSH gui sera moins apte à retenir les cations polluant les eaux. 5 En effet, les ions Na+ vont être retenus sur la matrice de CSH à la place des cations polluants, la matrice va donc perdre de son pouvoir de rétention en fonction de la quantité de Na+ présents dans la solution.
De plus, selon la salinité du milieu à traiter, NaCl peut 10 cristalliser au cours du temps. La cristallisation de NaCl intervient suite à la consommation d'eau par la réaction d'hydratation de ces ciments. Le développement de ces cristaux dans les pores de la matrice va en diminuer ses capacités de rétention.
15 L'incorporation ou l'adsorption des déchets polluants dans la matrice va donc diminuer avec le temps et perdre de son efficacité en fonction de la salinité du milieu à traiter.
Il convient donc de trouver un procédé de rétention des cations utilisant une matrice de fixation des cations qui ne perd
20 pas de son pouvoir de rétention en fonction de la salinité du milieu dans lequel elle se trouve et en fonction du temps.
La présente invention a pour but d'améliorer dans le temps la fonctionnalité d'une matrice de rétention des cations. Le but étant d'augmenter et de maintenir dans le temps, les capacités de
25 rétention des cations polluants présents dans des eaux contaminées, lesdites eaux pouvant contenir ou non du NaCl.
Le but de l'invention est que la matrice conserve son pouvoir de rétention des cations ceci indépendamment de la salinité du milieu à traiter dans lequel se trouvent lesdits cations.
30 L'objectif de l'invention est de proposer une solution alternative simple permettant de fixer dans une matrice les cations contaminants les eaux polluées salines ou non, afin de les concentrer au sein de ladite matrice. Après concentration des cations, il sera possible de retirer la matrice adsorbante du
35 milieu traité, ainsi on peut extraire les cations polluants en les éliminant de leur environnement initial . La présente invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique susmentionnée, en proposant un procédé de rétention de cations au sein d'une matrice de silicate de calcium hydraté CSH, lesdits cations étant contenus dans une eau 5 à traiter, dans lequel :
- on utilise en tant que précurseur de la matrice de silicate de calcium hydraté CSH, un mélange anhydre solide composé de chaux Ca(OH) 2 et de silice nanométrique(SiO 3 ) .
De manière spécifique à l'invention on hydrate ledit mélange 10 anhydre avec ladite eau à traiter contenant les cations jusqu'à synthèse de ladite matrice de silicate de calcium hydraté, ladite matrice se présentant sous la forme d'un gel de silicate de calcium hydraté internalisant et retenant lesdits cations.
L'utilisation de l'eau polluée comme « eau de synthèse » de 15 la matrice de silicate de calcium hydraté a pour avantage de permettre aux cations de réagir directement avec la matrice en cours de fabrication. Ainsi la matrice, en cours de formation ne perd pas de son pouvoir de rétention intrinsèque des polluants cationiques .
20 De plus, selon d'autres caractéristiques de l'invention le procédé comprend une étape supplémentaire dans laquelle:
- on laisse mûrir le gel de silicate de calcium hydraté CSH jusqu'à ce qu'il se cristallise sous forme de tobermorite solide.
Le « mûrissement » du gel consiste à laisser reposer le gel 25 jusqu'à ce qu'il change d'état chimique et se cristallise sous forme de solide.
La tobermorite est avantageusement constituée par les CSH ayant retenu les polluants cationiques contenus dans l'eau polluée. La tobermorite constitue le solide final qui concentre 30 les cations présents dans les eaux polluées. La tobermorite. étant sous forme solide, peut facilement s'extraire du milieu aqueux pollué dans lequel elle se trouve. La tobermorite présente 1' avantage de concentrer les polluants cationiques au sein de sa structure. Une fois internalisés dans la tobermorite solide, 5 l'extraction des cations polluants de leur milieu initial est facile et se fait en retirant la tobermorite du milieu traité.
Selon une autre caractéristique de l'invention :
la tobermorite se présente sous forme de feuillets de CSH cristallisés et ordonnés, lesdits feuillets présentant un 10 rapport Ca/Si compris entre 0,6 et 1, de préférence égale à 0,8.
Le rapport de chaux Ca(OH) 2 sur silice SiO 2 susmentionné a pour avantage d'augmenter la capacité de rétention des cations par la matrice de silicate de calcium hydraté. De manière avantageuse, il a été constaté que ce rapport, en particulier s'il 15 est égale à 0,8, permet à la matrice de CSH de conserver son pouvoir de rétention des polluants cationiques, même si ces derniers sont présents dans un milieu aqueux salin.
De manière avantageuse selon l'invention, le précurseur est un mélange anhydre présentant une masse de chaux Ca(OH) 3 égale à 20 la masse de silice nanométrique SiO 2 .
En effet, il a été constaté qu'en partant d'un précurseur dont la masse de chaux initiale est égale à la masse de silice initiale, la matrice de CSH en formation conserve son pouvoir de rétention au cours du temps et en milieu salin. C'est en partant 25 d'un précurseur avec des masses identiques de chaux et de silice qu'on obtient notamment un rapport de chaux/silice égale à 0,8.
En outre, selon d'autres caractéristiques :
le rapport du volume en ml d'eau à traiter sur la masse en g du mélange anhydre solide, composé de la chaux et de 30 silice, est compris entre 10 et 1000.
Le procédé de l'invention permet de pouvoir traiter, à partir d'une faible quantité en masse de précurseur solide anhydre, un grand volume d'eau polluée. Plus spécifiquement, les polluants cationiques présents dans un grand volume d'eau vont pouvoir être 35 concentrés dans une masse de précurseur solide très faible. Selon l'invention, 1 g de précurseur solide peut concentrer les polluants cationiques présents dans un volume d'eau polluée à traiter compris entre 10 ml et 1000 ml (soit IL) . La capacité de concentration dans le précurseur solide est élevée.
S Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'eau à traiter présente une teneur en NaCl comprise entre 0 et 38 g/L, de préférence une teneur en NaCl comprise entre 0 et 10 g/L.
Le procédé de l'invention permet de retenir les cations 10 présents aussi bien dans un milieu de type « eau douce » que dans un milieu de type « eau salée ».
On entend par le terme « eau douce » une eau dépourvue ou présentant une quantité en NaCl inférieure à 1 g/L.
On entend par le terme « eau salée » une eau présentant une 15 quantité en NaCl comprise entre 1 g/L et pouvant atteindre jusqu'à 38 g/ L pour une eau de mer.
Ainsi la mise en œuvre du procédé de l'invention permet de dépolluer et de concentrer efficacement dans une matrice les cations, ceci sans que la salinité du milieu influence de manière 20 significative la capacité de rétention de la matrice. Les expériences 1 et 2 décrites ultérieurement démontrent ces propos.
Selon des caractéristiques supplémentaires de l'invention, on hydrate pendant une durée comprise entre lh et 7 jours sous agitation, de façon à obtenir une matrice sous forme 25 de gel de silicate de calcium hydraté intemalisant les cations ;
les cations sont des cations monovalents ou polyvalents, les cations sont constitués par le strontium et/ou de l'yttrium et/ou le nickel et/ou le cuivre.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées, dans lesquelles :
5 - la figure 1 est un graphique représentant le pourcentage de strontium retenu par silicate de calcium hydraté (CSH) en fonction du temps et de la salinité du milieu après mise en œuvre de l'expérience 1;
la figure 2 est un graphique représentant l'évolution du 10 pourcentage de strontium retenu par le gel sec en fonction du temps de mise en contact et des teneurs en NaCL variant de 0 à 10 g/L selon la mise en œuvre de l'expérience 1. L'invention concerne un procédé de rétention de cations. Lesdits cations peuvent être monovalents ou polyvalents. 15 Avantageusement, ces cations peuvent être des métaux de transition et/ou des alcalins et/ou des alcalino-terreux et/ou des terres rares.
Les métaux de transition peuvent être par exemple, du titane, du vanadium, du chrome, du manganèse du cuivre ou encore du nickel. 20 Les métaux alcalins peuvent être par exemple le lithium, le césium, le potassium.
Les métaux alcalino-terreux peuvent être par exemple du strontium, du béryllium, du magnésium, du calcium, du baryum.
Les terres rares peuvent être par exemple de l'yttrium, le 25 lanthane, le cérium.
Lesdits cations peuvent être radioactifs c'est-à-dire potentiellement dangereux pour l'environnement. Far exemple, on peut retrouver du césium 134 et 137, du strontium 89, de l'yttrium 90. C'est pourquoi, il est nécessaire de trouver un procédé 30 permettant de concentrer lesdits cations afin de les extraire de leur environnement et dépolluer les sites contaminés.
Selon l'invention, lesdits cations sont contenus dans une eau à dépolluer ou à traiter.
En d'autres termes, lesdits cations polluent ladite eau. Ladite eau à dépolluer ou traiter peut être de l'eau douce, c'est-à-dire avec une teneur en NaCl égale ou sensiblement égale à 0 g/L.
Ladite eau peut être aussi de l'eau salée, dite de l'eau de mer avec une teneur en NaCl supérieure à Og/L et pouvant atteindre 38g/L.
De préférence, le procédé de l'invention s 'appliquera à une eau salée à traiter avec une teneur en NaCl comprise entre 0 et 10 g/L.
Dans l'état de la technique, la présence de sodium (Na+) en forte quantité a pour effet de diminuer la rétention des polluants par les matrices.
En particulier, si les eaux polluées contiennent du sel (NaCl) dissous en forte Quantité, le NaCl peut, suite à la consommation d'eau lors de la réaction d'hydratation nécessaire à la formation de la matrice de CSH, cristalliser au cours du temps .
De manière désavantageuse, les cristaux de NaCl peuvent se développer dans les pores de la matrice et en affaiblir le pouvoir de rétention.
En effet, le développement des cristaux de NaCl dans les pores de la matrice de CSH va en diminuer sa surface réactionnelle.
On entend par le terme « surface réactionnelle », la surface de la matrice de CSH qui va pouvoir interagir avec les cations polluant un milieu aqueux et qui va pouvoir les fixer par adsorption.
La surface, qui va pouvoir adsorber les cations, sera diminuée par la présence de ces cristaux de NaCl qui vont encombrer l'espace de la matrice, et donc en diminuer son pouvoir de rétention.
C'est pourquoi, il est nécessaire de trouver un procédé de rétention des cations sur une matrice, ladite matrice devant conserver un pouvoir efficace de rétention des cations en présence de NaCl.
Selon l'invention, la rétention des cations est réalisée par une matrice de silicate de calcium hydraté dit « CSH ». Ladite matrice de CSH est formée à partir d'un précurseur qui est un mélange anhydre solide composé de chaux Ca(OH) 2 et de silice SiO 2 .
De préférence, la silice SiO 2 est une silice nanométrique, 5 c'est-à-dire sous forme de poudre présentant une taille de grain de l'ordre du nanomètre. Selon l'invention, la silice de l'invention présente une taille de grain compris entre 0 et 10 nanomètre, de préférence 5 nanornètres .
Avantageusement, la silice est de taille nanométrique de 10 façon à augmenter les dimensions de la surface réactionnelle et la réactivité des cations avec la matrice solide.
Avantageusement, le précurseur est un mélange anhydre solide présentant une masse de chaux Ca(OH) 2 égale à la masse de silice SiO 2 .
15 Selon l'invention, ce mélange anhydre solide est un précurseur ne dépourvu de cations, tel que par exemple des cations de zinc .
L'hydratation de ce précurseur va permettre la formation et la synthèse d'une matrice de CSH sous la forme d'un gel de CSH 20 hydraté internalisant et retenant les cations monovalents ou polyvalents .
Dans ce gel de CSH, la phase majoritaire à l'origine des propriétés cohésives sont les silicates de calcium hydratés amorphes (CSH) .
25 il est à noter que la composition des gels de CSH est très variable et dépend du rapport chaux/silice, c'est-à-dire Ca(OH) 2 /SiO 2 , initial du précurseur solide anhydre, des conditions d'hydratation et du mode d'arrangement local des phases anhydres au moment de l'hydratation.
30 Avantageusement, selon l'invention, la formule chimique de ces gel de CSH est (CaO)x(Sio 2 )y(H 2 O) z avec :
- x strictement supérieur à 0,6 et strictement inférieure à 2 ;
y strictement supérieur à 0,6 et strictement
35 inférieure à 2 et z strictement: supérieur à 1 et strictement inférieure à 4.
Selon une caractéristique particulière du procédé de l'invention pour obtenir le gel de CSH, on hydrate le précurseur 5 solide anhydre avec l'eau à traiter contenant les cations.
En d'autres termes, pour réaliser le procédé de l'invention on utilise l'eau polluée contenant les cations pour la synthèse du gel de silicate de calcium hydraté CSH.
L'utilisation de l'eau polluée comme eau de synthèse a pour 10 avantage que les cations réagissent directement avec le gel de CSH en cours de fabrication.
La synthèse du gel de CSH est donc un procédé « in-situ » global permettant de fixer les cations de manière plus efficace que dans l'état de la technique actuelle.
15 Selon l'invention, les cations polluants présents initialement au sein de l'eau à traiter vont se retrouver internalisés au sein dudit gel de silicate de calcium hydraté. Ledit gel étant synthétisé à partir dudit précurseur solide anhydre de chaux (Ca(OH) 2 et de silice nanométrique SiO 2 que l'on 20 va hydrater avec l'eau a traiter.
La réaction des cations avec le précurseur solide anhydre est donc une réaction « In situ » qui va permettre la formation dudit gel de CSH.
De préférence, la réaction d'hydratation se fait sous 25 agitation. L'agitation favorise la formation du gel de CSH.
En effet, en présence d'eau polluée, le précurseur solide anhydre va se « gélifier » en s 'hydratant, le précurseur solide va s'imprégner des cations et de l'eau de son environnement, provoquant un gonflement du gel au cours du temps .
30 Avantageusement, la durée de l'hydratation est comprise entre 0 et 168 h soit entre 0 et 7 jours.
Plus l'hydratation est longue, plus le gel de CSH va pouvoir gonfler.
L'étape de gonflement par hydratation du gel est également 35 nommée « mûrissement du gel ». Avantageusement, si on laisse mûrir le gel de CSH dans son milieu, suffisamment longtemps, le gel de CSH va se cristalliser sous la forme de tobermorite solide.
Ladite tobermorite est un matériau lamellaire, c'est-à-dire 5 sous forme de plusieurs feuillets ordonnés, nanocristallisés.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les feuillets de tobermorite issus du mûrissement du gel de CSH présentent un rapport de Ca/Si compris entre 0,6 et 1.
Avantageusement selon un mode de réalisation particulier, si 10 le précurseur solide de départ comporte une masse de chaux égale à la masse de silice, les feuillets de tobermorite préparés en utilisant le procédé de l'invention présentent un rapport Ca/Si égale à 0,8.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la 15 tobermorite présente des feuillets de CSH ordonnés ou cristallisés avec un rapport de Ca/Si = 2/3 pour une composition de formule suivante :
- Ca 4 [Si 6 O 16 (OH) 2 ] .nH 2 O avec « n » supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à 5 .
20 Selon une particularité du procédé de l'invention, pour l'obtention du gel hydraté, le rapport du volume en millilitre d'eau à traiter par rapport à la masse en gramme du mélange solide anhydre composé de la chaux et de silice est compris entre 10 et 1000.
25 Le procédé de l'invention permet donc de concentrer dans une matrice de CSH, sous forme de gel ou de tobermorite, les cations présents dans un volume d'eau à traiter pouvant être jusqu'à 1000 fois supérieure à la masse du mélange solide anhydre que l'on introduit dans ledit volume.
30 II est à noter qu'une fois que le procédé de l'invention est réalisé, l'utilisateur peut extraire du milieu traité les cations intégrés et concentrés dans le gel de CSH ou dans la tobermorite.
L'extraction des cations peut se faire de différentes manières :
35 - soit en isolant, par filtration du milieu traité, le gel hydraté intemalisant les cations. - soit en isolant la tobermorite solide internalisant les cations en la retirant du milieu traité.
Selon un mode de réalisation particulier, une fois le gel hydraté isolé par filtration, le gel de CSH internalisant les 5 cations peut être séché.
Avantageusement, le séchage du gel est réalisé en étuve à une température comprise entre 100 et 120°C, de préférence 110°C.
L'étape de séchage permet de réduire la masse et le volume de la phase solide du gel.
10 Le gel séché obtenu sert alors de confinement aux cations
<iui ont été extraits des eaux polluées.
Le procédé de rétention de 1 ' invention présente donc l'avantage de retenir les cations, même si ces derniers sont présents en milieu salin. De plus, le pouvoir de rétention est 15 tel que même si le gel reste longtemps dans un milieu aqueux, le relargage possible des cations est faible au cours du temps.
Des résultats d'expérience mis en œuvre par la demanderesse permettent de montrer que la mise en œuvre du procédé de 1 ' invention permet une forte capacité de rétention des cations 20 même en présence d'une teneur croissante en NaCl .
Expérience 1 :
Cette expérience permet de montrer que la mise en œuvre du procédé de l'invention permet le traitement d'une eau contaminée 25 par du strontium Sr.
Le graphique 1 ci-dessous montre le taux de strontium fixé par le gel hydraté, en mettant en œuvre le procédé de l'invention.
Pour la mise en œuvre du graphique 1, on a utilisé en tant qu'eau contaminée à traiter une solution de 200 ml d'eau distillée 30 de référence non radioactive contenant 10 mg/L de strontium et une teneur de NaCl de O, 1, 3, 5 ou lOg/L.
Cette eau contaminée a été mise en présence d'un précurseur sous forme d'un mélange anhydre solide composé de 10 g de chaux Ca(OH) 2 et 10 g de silice naxiornétrique SiO 2 .
35 Pour l'expérience 1, nous avons donc un rapport L/S égale à
10, « L » correspondant au volume en ml de l'eau contaminée liquide à traiter, et « S » correspondant à la masse en g du précurseur solide anhydre de Ca(OH) 2 + SiO 2 . En d'autres termes, nous avons 10 fois plus de ml d'eau à traiter que de gramme de précurseur.
Le temps de contact entre le précurseur solide et la solution d'eau contaminée a été de Oh, 2h, 24h, 48h ou 168 h (soit 7 jours) . Ce temps de contact a permis la formation et la synthèse d'un gel hydraté de silicate de calcium retenant et internalisant le strontium contenu dans l'eau contaminée de départ.
Ainsi conformément à la mise en œuvre de l'invention, il est possible d'obtenir un gel hydraté noté de A0 à E10 conformément au tableau ci-dessous.
Après les différents temps de contact, les gels A0 à E10 sont filtrés pour en extraire l'eau résiduelle non inclue dans le gel .
Puis le strontium présent dans l'eau résiduelle de ces gels est dosé par « ICP -MS » ou « Spectrométrie de masse à plasma induit ». La différence entre la Quantité de strontium présente dans ces eaux résiduelles et le strontium présent dans la solution de base (= 10 mg/L) correspond à la quantité de strontium fixée et retenue par le gel de la matrice de CSH.
Les résultats du graphique de la figure 1 montre que le taux de strontium fixé par le gel hydraté en mettant en œuvre le procédé de 1 ' invention est :
- dans de l'eau à 0 g/L de NaCI : après 2h de maintien en contact, de 80 % ; après 24h de maintien en contact de 99 % ; après 48h de maintien en contact de 99 % ; après 168h de maintien en contact supérieur à 99 % ;
- dans de l'eau a 1 g/L de NaCl : après 2h de maintien en contact de 79 % ; après 24h de maintien en contact de 98 % ; après 48h de maintien en contact de 97 % ; après 168h de maintien en contact, de 98 % ;
- dans de l'eau à 3 g/L de NaCl : après 2h de maintien en contact de 82 % ; après 24h de maintien en contact de 96 % ; après 48h de maintien en contact de 95 % ; après 168h de maintien en contact, de 97 % ;
- dans de l'eau à 5 g/L de NaCl : après 2h. de maintien en contact de 79 % ; après 24h de maintien en contact de 93 % ; après 48h de maintien en contact de 93 % ; après 168h de maintien en contact de 95 % ;
- dans de l'eau à 10 g/L de NaCl : après 2h de maintien en contact de 76 % ; après 24h de maintien en contact de 90 % ; après 48h de maintien en contact de 90 % ; après 168h de maintien en contact, de 89 ¾.
Ces résultats montrent que le pourcentage de Sr fixé dans le gel reste quasiment constant à partir d'un temps de contact de 24h. La capacité de rétention du gel hydraté se stabilise à partir de 24h de mise en contact avec le précurseur de la matrice de silicate de calcium hydraté.
De plus, entre une solution sans NaCl et une solution avec lOg/L de NaCl, le pourcentage maximum de Sr fixé par le gel hydraté ne diffère que de 9%.
La capacité de rétention des cations par le gel hydraté n'est que très peu influencé par la présence de sel dans l'eau contaminée.
En d'autres termes, avec le procédé de l'invention et la matrice de l'invention, même si la teneur en sel d'une eau polluée A est 10 fois supérieure à une autre eau polluée B, si les deux types d'eau A et B ont la même quantité et le même type de polluant cationique, la capacité de rétention des cations par la matrice entre les deux types d'eau est identique à plus de 90%. La mise en œuvre du procédé selon l'invention permet d'obtenir un gel hydraté capable de retenir et de concentrer une forte quantité de cations présents dans les eaux polluées.
Le procédé de la présente invention permet donc d'obtenir une matrice de rétention des cations gui conserve ses capacités de rétention au cours du temps. La mise en œuvre du procédé de l'invention permet d'avoir une matrice présentant des capacités de rétention des polluants cationiques se stabilisant au cours du temps, ces capacités n'étant Que peu soumises à la salinité du milieu de l'eau contaminée dans lequel se trouve la matrice de CSH en cours de formation.
En outre, afin de pondérer les résultats du graphique 1 susmentionnée, il a été mesuré la concentration en Strontium dans le gel hydraté directement.
Après filtration des gels pour en extraire l'eau résiduelle, les gels hydratés récupérés ont été séchés afin de réduire la masse et le volume de la phase solide. Le séchage d'une durée comprise entre 2h et 4 jours en fonction du rapport volume du liquide en ml / masse du solide en g des différents gels, a été réalisé en étuve à 110 °C.
Puis 10g de chaque gel sec ont été dissouts dans de l'acide chlorhydrique commercial à 12mol/L. Chacune des solutions obtenues a été filtrée puis analysée par ICP-MS.
La dissolution du gel sec dans l'acide chlorhydrique permet une diffusion dans la solution obtenue des cations préalablement internalisés par ledit gel.
Le graphique de la figure 2 montre l'évolution du pourcentage de Strontium retenu par ledit gel sec en fonction du temps de mise en contact et des teneurs en NaCl variant de 0 à 10 g/L.
Les résultats sont similaires au graphique de la figure 1 susmentionnée analysant les quantités de Sr dans les solutions sur-nageantes lors de la fabrication de la matrice de CSH.
Pour conclure, la mise en œuvre de procédé de l'invention permet la synthèse d'une matrice de CSH in situ en utilisant l'eau contaminée, ladite matrice retenant les cations présents dans ladite eau, même si ladite eau est saline.
Expérience 2
Cette expérience permet: de montrer que la mise en oeuvre du procédé de l'invention permet le traitement d'une eau contaminée 5 par des métaux de transition de type Nickel et/ou Cuivre.
On a utilisé en tant qu'eau contaminée à traiter une solution de 200 ml d'eau distillée de référence non radioactive contenant soit 10mg/L de Nickel ou 10mg/L de cuivre et une teneur de NaCl de O, 3, ou lOg/L.
10 Cette eau contaminée a été mise en présence d'un précurseur sous forme d'un mélange anhydre solide composé de 10 g de chaux Ca(OH) 2 et 10g de silice nanométrique SiO 2 .
Pour l'expérience 2, nous avons donc également un rapport L/S égale à 10 comme pour l'expérience précédente.
15 Le temps de contact entre le précurseur solide et la solution d'eau contaminée a été de 0h, 24h, ou 168 h (soit 7 jours) .
Ce temps de contact a permis la formation et la synthèse d'un gel hydraté de silicate de calcium retenant et internalisant le cuivre ou le nickel contenu dans 1 ' eau contaminée de départ . 20 Le tableau 1 ci-dessous montre les gels de CSH obtenus en fonction de la teneur en NaCl et du temps de contact .
25 Chaque échantillon de gel obtenu est nommé de la manière suivante :
Ni ou Cu pour désigner une eau contaminée de départ comprenant du nickel ou du cuivre,
- A, B ou C pour désigner un temps de mise en contact entre le précurseur et l'eau contaminée respectivement de 0, 24 ou 168 h,
0, 3 ou 10 pour finir pour désigner une eau contaminée de départ présentant une teneur en NaCl respectivement de 0, 3 ou 10g/L.
Par exemple, le gel obtenu après 24h de mise en contact entre le précurseur solide anhydre et une solution d'eau contaminée contenant 10mg/L de nickel et une teneur en NaCl de 3g/L est noté « NiB3 » .
Comme pour l'expérience 1, les échantillons de gel sont filtrés, l'eau résiduelle est analysée par ICP-MS afin de déterminer la quantité de cuivre ou de nickel non internalisée dans le gel. Le dosage de la quantité de cuivre ou de nickel contenue dans l'eau résiduelle (Filtrat) a été réalisé pour chaque échantillon dont le nom est précédé d'un F.
Par exemple, l'eau résiduelle obtenue après filtration du gel de CSH formé après 24h de mise en contact avec une solution de Ni à 10mg/L comprenant une teneur en NaCl de 3g/L est notée : « F NiBlO ».
Le tableau ci-dessous montre les quantités de nickel ou de cuivre dosées dans chacun des filtrats :
Le tableau ci-dessus montre qu'après 24h de mise en contact, l'eau résiduelle non internalisée dans le gel de CSH est quasiment dépourvue de nickel ou de cuivre, ceci que la solution d'eau à 5 traiter de départ soit saline ou non. Les gels de CSH formés in situ selon le procédé de l'invention retiennent les ions bivalents tels que le Ni 2 * ou le Cu 2 *, même en présence de NaCl .