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Matériaux hybrides pour la décontamination et le confinement d'éléments mobiles : application au Césium / Hybrid materials for the separation and confinement of mobile elements : Application to cesium

Delchet, Carole 21 January 2013 (has links)
L'industrie nucléaire produit, de nos jours, une large gamme d'effluents radioactifs liquides contenant du césium. Les matériaux à base de cyanométallates présentent une très forte affinité pour l'incorporation de cet élément sur une grande plage de pH ainsi qu'une bonne résistance à l'irradiation ce qui les rend très intéressant pour la décontamination. Chaque année, à La Hague, plusieurs centaines de m3 d'effluents radioactifs sont traités par un précipité préformé de ferrocyanure de nickel massif (nommé PPFeNi, de formule générale K2xNi2-x[Fe(CN)6] avec 0,5>x>1,1). Cette technique présente de bons rendements de décontamination mais elle est lourde à mettre en œuvre et produit une boue qui se doit ensuite d'être traitée par les filières de déchets disponibles. L'objet de cette thèse est de trouver un matériau pour la décontamination du Cs à la fois efficace, sélectif, adapté au procédé de décontamination en continu (colonne) et compatible avec les déchets classiques (ciments ou verres). Pour atteindre ce but, nous avons plusieurs objectifs :i) L'étude de matériaux massif à base de cyanométallate afin d'améliorer les connaissances sur le mécanisme de fixation du césium sur ces composés en variant la nature du métal de transition et la présence ou non de potassium au sein de la structure cristalline,ii) La synthèse de nanocomposites contenant des nanoparticules de cyanométallates incorporées dans des matrices inorganiques de type silice mésostructurée et verre poreux. La silice est utilisée comme modèle, alors que le verre poreux mise en forme de bille sera utilisé en vue d'un procédé de décontamination. Les matériaux massifs à base de cyanométallate contenant du potassium dans la structure sont ceux qui possèdent la plus grande capacité de sorption vis-à-vis du Cs. Les matériaux hybrides contenant des nanoparticules de cyanométallates possèdent une capacité maximale absolue inférieure à celle des matériaux massifs respectifs, cependant rapporté à la quantité de particule sorbante, la capacité maximale de sorption des matériaux hybrides est supérieure à celle des massifs. En revanche, la sélectivité est comparable pour les matériaux hybrides et les matériaux massifs, avec un coefficient de distribution de l'ordre de 104 à 105 mL.g-1.Les performances des matériaux hybrides ont été évaluées sur des effluents réels. Ces matériaux semblent très prometteurs pour la décontamination d'effluents à partir d'un procédé de traitement en colonne puisqu'ils présentent d'une part une forte sélectivité vis-à-vis du césium et ce malgré une forte salinité de la solution à décontaminer et d'autre part une mise en forme (bille de verre) adaptée à ce type de procédé. / Nuclear industry produced, nowadays, a wide range of liquid radioactive waste containing cesium. Materials based on cyanométallates exhibit a very high affinity for the inclusion of this element in a wide range of pH and a good resistance to ionising radiation which makes them very interesting for decontamination. Every year, at La Hague, several hundred m3 of radioactive waste are treated by a nickel ferrocyanide preformed precipitate in bulk form (PPFeNi, general formula K2xNi2-x [Fe (CN) 6] with 0,5> x> 1,1). This process shows a good decontamination but it's difficult to implement and it produces a sludge that must then be treated by waste channel available.The purpose of this thesis is to find a material for the decontamination of Cs which have a good capacity, selectivity, adapted for continuous decontamination process (column) and compatible with conventional waste (cement or glass). To achieve this goal, we have several objectives:i) The study of solid materials based on cyanometallate to improve knowledge on the mechanism of fixation of cesium on these compounds by varying the nature of transition metal and the presence or not of potassium in the crystal structure,ii) Synthesis of nanocomposites containing cyanometallate nanoparticles incorporated into inorganic matrices which are mesostructured silica and porous glass. Silica is used as a template, whereas the porous glass shaping ball will be used for a decontamination process.Bulk materials containing potassium in the structure present the greater sorption capacity toward Cs. Hybrid materials containing cyanometallate nanoparticles have a lesser absolute capacity than the respective bulk materials, however, based on the amount of sorbent particles, the maximum sorption capacity of hybrid materials is higher than bulk materials. However, the selectivity is comparable for hybrid and bulk materials with a distribution coefficient about 104 to 105 mL.g-1.The performance of the hybrid materials were evaluated on real effluents. These materials are very promising for the decontamination of effluents from a treatment process in column one hand they have a high selectivity towards cesium and despite high salinity of the solution to decontaminate and other formatting (glass beads) adapted to this type of process.

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