No description available.

Production and purification of rare-earth elements (REE) is among the most demanding separation practices. In general, extracting REE from natural ores requires a large amount of chemicals and energy. Separating the ores contents is also a complex process which needs a tremendous amount of organic solvent mixtures to produce high purity lanthanides. Partial mitigation to this issue lies in urban mining. Recycling old, discarded electronics is an important step in implementing the circular economy concept, making electronics more sustainable. In this work, specific components of old mobile phones were selected for targeted metal recovery. The main focus was on treating permanent magnets containing Nd, Pr and Dy as REE. These magnets were dissolved with nitric acid and the dissolutions were used to measure multicomponent adsorption in different polymeric commercial cationic resins. The adsorption of lanthanides on Amberlite IR-120 and DOWEX 50WX8 resins is found to reach equilibrium within 60 minutes. Across all the metals and lanthanides, Amberlite IR-120 has shown a greater adsorption. Generally, it is observed that more metals are adsorbed at higher pH values. This behavior seems to be consistent for both metals and lanthanides. The experimental data of the three lanthanides (Pr+3 , Nd+3 , and Dy+3) was fitted with diverse models and Sips rendered the best results. Freundlich and Langmuir models also provide satisfactory correlation coefficients

<p> A method is presented for the determination of trace quantities of the rare earth elements and yttrium in calcareous minerals by X-ray fluorescence analysis. Initial chemical concentration of the rare earths is accomplished by scavenging their insoluble hydroxides on a ferric hydroxide precipitate and serves the further purpose of elimination of matrix absorption effects which dampen sensitivity when the raw minerals are analysed.</p> <p> Triplicate analyses are given for La, Ce, Sm and Y in a calcite-fluorite-apatite skarn rock and for each of the three minerals of this rock. Apatite and calcite are enriched in all the rare earths investigated relative to the whole rock, while fluorite shows a relative depletion. The apatite is enriched in the rare earths relative to the calcite. Peak height ratios of Nd, Eu, Er, Lu, Gd+Ho and Dy+Tm in each of the separated minerals to the whole rock show the same trends as the quantitative data and also indicate that apatite and fluorite show a stronger affinity for the lanthanides of low atomic number than for those of higher atomic number. The abundances of the rare earths in the apatite show the same dependence on ionic radius as has been noted by other workers. The whole rock and each of the minerals which it contains are enriched in all the rare earths relative to chondrites.</p> <p> The rare earths have preferentially entered the lattices of those minerals which provide a stronger rare earth-anion bond.</p> / Thesis / Bachelor of Science (BSc)

No description available.

No description available.

La construction de complexes polymétalliques de lanthanides préprogrammés et sophistiqués, de taille nanométrique, pour le développement de matériaux luminescents présentant des propriétés photophysiques nouvelles ou améliorées (double émission, transfert d'énergie intermétallique, etc.) est un des sujets de la chimie supramoléculaire des lanthanides suscitant énormément d'intérêt. La compréhension, le contrôle et la programmation de l'auto-assemblage de complexes de lanthanides est un défi majeur en raison de la difficulté à contrôler l'environnement de coordination de ces ions qui se caractérise par des nombres de coordinations importants et variables et peu de préférences stéréochimiques. Ainsi, la plupart des complexes polynucléaires de lanthanides décrits dans la littérature sont formés de façon fortuite plutôt que par conception rationnelle. Afin d'inclure les ions lanthanides dans des architectures polymétalliques de haute nucléarité tout en améliorant leurs propriétés photophysiques, nous nous sommes concentrés sur des études de complexation de ligands dissymétriques (tridentates anioniques, tétradentates chiraux) permettant de promouvoir la formation des assemblages. Nous avons par ailleurs commencé à explorer le potentiel d'une méthode synthétique originale de clusters oxo par réactivité redox de complexes divalents de lanthanides. Nous présentons ici la synthèse et les propriétés photophysiques de complexes stables émettant dans le proche infrarouge basés sur des ligands anioniques hydroxyquinoléine fonctionnalisé par des groupes carboxylates ou tétrazolates. En outre, nous pouvons montrer que l'utilisation de ligands chiraux possédant un groupement oxazoline favorise l'auto-assemblage diastéréosélectif de complexes de lanthanides homo- et hétéro-polymétalliques énantiopures émettant dans le visible et le proche infrarouge. Un complexe trinucléaire d'europium énantiopure a été caractérisé par cristallographie, celui-ci présentant une forte activité en polarisation circulaire de luminescence (CPL). Le ligand chiral oxazoline a permis d'obtenir une roue heptanucléaire d'europiums, le plus important assemblage polymétallique énantiopure. Enfin, nous avons pu préparer et caractériser des complexes de lanthanides divalents hautement réactifs basés sur un ligand tripode neutre possédant des groupements pyridine (tpa). Des résultats préliminaires montrent que ces complexes peuvent être des précurseurs très utiles pour isoler des clusters oxo polymétalliques. En particulier, la réaction d'un complexe de néodyme hautement réactif a conduit à isoler un cluster oxo volumineux et très intéressant par clivage de THF en présence de tpa. / The construction of preprogrammed, sophisticated and nanoscopic polymetallic lanthanide complexes for the development of luminescent materials that possess new or improved photophysical properties (dual emission, intermetallic energy transfer, etc.) is one of the hot topics in the lanthanide supramolecular chemistry. Understanding, controlling and programming self assembly of lanthanide complexes is a key challenge due to the difficulty in controlling the coordination environment of these ions which display high and variable coordination numbers with little stereochemical preferences. As a result of this, most of the polynuclear lanthanide complexes reported in literature are formed by serendipity rather than rational design. In order to include lanthanide ions in discrete high nuclearity polymetallic architectures with improved photophysical properties we have concentrated on complexation studies with dissymmetric chelating ligands (tridentate anionic ligands, tetradentate chiral ligand) with possibility of promoting assembly formation, and we started to investigate the potential of an original synthetic method using the redox reactivity of divalent lanthanides complexes for the synthesis of oxo clusters. Here we present the synthesis and photophysical properties of NIR emissive stable complexes obtained with hydroxyquinoline based tridentate dianionic ligands functionalised with carboxylic acid and tetrazole groups. Moreover we show that the use of a chiral tetradentate ligand possessing oxazoline ring promotes the diastereoselective self assembly of enantiopure homo- and hetero-polymetallic lanthanide complexes emitting in the visible and NIR range. An original enantiopure trinuclear europium complex was crystallographically characterised and we found that it displays a high circularly polarized luminescence (CPL) activity. The chiral oxazoline based ligand also led to the synthesis of the largest enantiopure polymetallic assembly of europium, a heptanuclear wheel. Finally we were able to prepare and characterize highly reactive complexes of divalent lanthanides with a neutral tripodal pyridine based ligand and very preliminary results show that these complexes can be useful precursors for the isolation of polymetallic oxoclusters. Notably, the reaction of the highly reactive neodymium complex led to the isolation of a very interesting large neodymium oxo cluster by cleavage of THF in the presence of the ligand tpa.

Les systèmes moléculaires à base de cations lanthanides luminescents possèdent des propriétés photophysiques très intéressantes pour les applications en bioimagerie optique (résistance au photoblanchiment, bandes d’émission fines, temps de vie de luminescence longs). La lumière émise peut couvrir une large gamme spectrale, selon le cation lanthanide choisi. Cependant, les lanthanides ont des coefficients d’extinction faibles. Il est donc nécessaire d’utiliser une voie de sensibilisation indirecte - l’effet d’antenne, avec un chromophore placé à proximité du lanthanide. De plus, afin d’amplifier le signal émis, plusieurs cations métalliques peuvent être introduits dans la molécule. Dans cette thèse, nous avons cherché à développer de nouveaux agents potentiels d’imagerie à base de systèmes polynucléaires de lanthanides. Notre objectif a été de programmer l’assemblage de complexes supramoléculaires tridimensionnels et d’améliorer les propriétés optiques pour les applications biologiques. Pour ce faire, nous avons choisi d’employer des ligands tripodaux composés d’une ancre centrale triaminotriptycène et de trois bras possédant les sites coordinants. Ces ligands ont ensuite été modifiés de façon à optimiser les propriétés physico-chimiques. Par ailleurs, la synthèse de nouvelles plateformes centrales a été également effectuée afin de poursuivre leur développement dans le futur. La synthèse et la caractérisation de ligands tripodaux L1 et L2 et de leurs complexes avec des lanthanides ont été réalisées. Des études détaillées de spéciations avec les ligands L1 et L2 ont permis de démontrer la stabilité thermodynamique des systèmes tétranucléaires formés en préférence avec les lanthanides légers. Des études spectroscopiques ont caractérisé leur luminescence dans le visible et dans le proche infrarouge. D’autre part, nous avons préparé et caractérisé des nouveaux composés en combinant un chromophore porphyrinique et des récepteurs complexant les lanthanides. Ces sondes bimodales peuvent trouver une application dans l’imagerie et la thérapie photodynamique. / Molecular systems based on luminescent lanthanide cations have very valuable photo-physical properties for applications in optical bioimaging (resistance to photobleaching, sharp emission bands, and longue luminescence lifetimes). The emitted light can cover a wide spectral range, according to the chosen lanthanide cation. However, the lanthanides have low extinction coefficients and must be sensitized indirectly via the antenna effect by using a chromophore located in proximity. The luminescence intensity per molecule can be also increased by accommodating several lanthanides within a single compound. In this thesis, we report on the development of new potential imaging agents based on polynuclear systems with lanthanides. The main goal was to program supramolecular well-defined tridimensional complexes in order to enhance their optical properties for biological applications. To do this, we have chosen to employ tripodal ligands composed of a central triaminotriptycene anchor and three arms with coordinating sites. Moreover, these ligands have been functionalized to improve their physicochemical properties. In view of future developments, the synthesis of new central platforms was also performed. The synthesis and characterization of tripodal ligands L1 and L2 and their complexes with lanthanides were carried out. Detailed speciation studies with L1 and L2 show a high thermodynamic stability of tetranuclear systems formed preferably with lighter lanthanides. In addition, spectroscopic studies reveal that the sensitization of luminescence is achieved in the visible as well as in the near infrared. Furthermore, we have prepared and characterized novel compounds by combining a porphyrin chromophore and a receptor for lanthanide complexation. These bimodal probes may find applications in imaging and in photodynamic therapy.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de recherches sur le retraitement futur du combustible nucléaire usé et notamment sur la gestion poussée des radionucléides à vie longue tels que les actinides mineurs. Il concerne la fabrication de pastilles céramiques de Couvertures Chargées en Actinides Mineurs (CCAM) dédiées à la transmutation pour les réacteurs à neutrons rapides. Les pastilles céramiques utilisées dans le milieu nucléaire sont classiquement fabriquées en utilisant les procédés issus de la métallurgie des poudres. En raison de la pulvérulence des précurseurs poudres utilisés et de la forte radioactivité des actinides mineurs et notamment de l’américium, un procédé « sans poudre » innovant a été proposé. Ce procédé prévoit la fabrication de pastilles céramiques en utilisant des précurseurs oxydes non plus sous forme de poudre mais sous forme de microsphères (Calcined Resin Microspheres Pelletization, CRMP). Le principe de ce procédé consiste à compacter sous forme de pastilles des microsphères d’oxyde puis à fritter le comprimé obtenu.La première partie de cette étude concerne la synthèse et la caractérisation de précurseurs oxyde sous la forme de microsphères sub-millimétriques d’oxyde de lanthanides (simulants les actinides) par le procédé aux résines. Différents lots de microsphères ont pu être synthétisés afin de mieux appréhender l’influence de certains paramètres de synthèse, tel que la température de calcination, le tri en taille de la résine ou encore la teneur en lanthanides dans le cas des oxydes mixtes ont été investigués dans le but de déterminer leur impact sur les propriétés microstructurales et mécaniques de microsphères d’oxyde.L'étude aborde dans un deuxième temps la mise en forme des microsphères d’oxyde à travers une approche à la fois expérimentale et numérique. L’approche numérique utilise la méthode éléments discrets (Discrete Element Method, DEM), bien adaptée pour ces milieux granulaires. Les microsphères d’oxyde, prises individuellement, sont caractérisées mécaniquement notamment à travers la mesure de leur résistance à l'écrasement. Une mise en relation des conditions de synthèse et des tenues mécaniques des microsphères a été entreprise afin de comprendre l'impact de ces paramètres de synthèse sur le comportement mécanique du matériau. La compaction en matrice de lots de ces microsphères sous forme de pastille a été étudiée. En particulier, la compressibilité d'un certain nombre de microsphères a été analysée expérimentalement puis simulée par la DEM en mesurant la densification de la pastille en cru en fonction de la contrainte axiale appliquée et en décrivant l’évolution de sa microstructure. / One option envisioned for the future management of high level nuclear waste is the transmutation of minor actinides into short-lived fission products in sodium fast reactor. This route requires the development of pellet fabrication processes to prepare Minor Actinide Bearing Blanket (MABB) for the transmutation of americium.Currently, those ceramic pellets are produced by powder metallurgy processes involving numerous grinding and milling steps that generate very fine and highly contaminating and irradiating particles. A viable option for reducing the amount of those fine particles would be to develop a dustless process by working on much coarser particles. In this context, this study is concerned with the pelletization of porous and spherical lanthanides oxide precursors (surrogates of actinides). The present work uses both experimental data and numerical simulations to optimize the pelletization step. The final aim is to obtain, after sintering, homogeneous, dense and undistorted ceramic pellets.Firstly, this study concerns the synthesis and characterisation of these oxide microspheres precursors by the Weak Acid Resin process, which consists in loading beads of ion exchange resin with lanthanides cations and mineralizing the metal loaded resin leads into sub-millimetric-sized oxide microspheres. Comprehensive characterisations of the microstructure and mechanical properties of oxide microspheres have been carried out to better understand their behaviour into the matrix when producing pellets.Secondly, the mechanical properties of a single microsphere were investigated in order to better understand its behaviour during compaction steps. They were also analysed using multi-scale simulations based on the Discrete Element Method (DEM), which is well suited for such particulate materials. In a second approach, compaction studies were carried out in a three parts die to characterize the mechanical behaviour under pressure of a large number of oxide precursors. The behaviour of several microspheres in the matrix was finally simulated using DEM in order to describe interactions between microspheres and to have a better understanding of their evolution during pressing.

Dans le cadre du développement de nouveaux procédés par extraction liquide-liquide pour le recyclage du combustible nucléaire usé, de nouvelles molécules extractantes sont à l’étude. Les molécules à fonction amide (monoamide, malonamide ou diglycolamide) sont particulièrement étudiées. Les objectifs de cette thèse sont d’étudier la spéciation moléculaire et supramoléculaire de solutions organiques représentatives des différents procédés en cours de développement. Cette spéciation a été réalisée en couplant des études expérimentales et théoriques. Après extraction de solutés, la composition des solutions organiques est déterminée expérimentalement. Des boites de simulation par dynamique moléculaire ayant la même composition que les solutions expérimentales sont ensuite construites. Après simulation, les trajectoires de dynamique moléculaire permettent de calculer les masses volumiques et les intensités diffusées aux petits angles théoriques des solutions simulées. Dès lors que les données calculées et les données expérimentales sont en accord, on estime que les simulations sont représentatives des solutions réelles. Ces simulations couplées à des caractérisations expérimentales supplémentaires (spectroscopie infra-rouge – IR – et spectrométrie de masse à ionisation par électrospray – ESI-MS –) permettent de décrire les structures en solution à la fois à l’échelle moléculaire et supramoléculaire. Cette méthodologie a été appliquée à l’extraction d’eau et de nitrate d’uranyle par les monoamides DEHBA et par le malonamide DMDOHEMA ainsi qu’à l’extraction d’eau et de nitrate de néodyme par des solutions à base de TODGA.L’extraction d’eau en phase organique est dépendante de l’organisation de la solution : les solutions de monoamides essentiellement constituées de monomères et dimères solubilisent peu d’eau contrairement aux solutions de DMDOHEMA ou de TODGA majoritairement constituées d’agrégats. L’extraction de nitrate d’uranyle a mis en évidence différents comportements dépendant de la structure de la molécule ou de la concentration d’uranyle. Des complexes UO2(NO3)2L2 sont observés à faible concentration d’uranium après extraction par les monoamides. Lorsque la concentration d’uranium augmente, des espèces polymétalliques sont observées et deviennent majoritaire en solution. Dans le cas du DMDOHEMA, des complexes monométalliques sont majoritaires mais n’ont pas une stœchiométrie unique. L’uranyle peut être coordiné à 1 ou 2 malonamides (monodenté ou bidenté), 2 nitrates et parfois une molécule d’eau. Le néodyme est extrait par le TODGA dans l’heptane sous forme de petits agrégats contenant 2 ou 3 cations liés par des nitrates pontants. Une augmentation de la concentration de néodyme entraine une augmentation de l’agrégation jusqu’à l’apparition d’une démixtion de phase. La présence d’octanol (0,3 mol/L) permet d’extraire une plus forte concentration de Nd sans séparation de phase. Les simulations ont montré que l’octanol se place dans la 1ère sphère de coordination du néodyme à la place des molécules d’eau ou de TODGA améliorant ainsi la solubilité des complexes et agrégats dans la phase organique. L’ajout de 0,5 mol/L de DMDOHEMA à une solution de TODGA permet également d’éviter la démixtion en structurant la solution. En présence de malonamide des agrégats plus petits sont observés.Pour les deux systèmes étudiés (mono et diamides), les phases obtenues après démixtion de la phase organique (phénomène de formation de 3ème phase) ont également été caractérisées.Ces travaux ont permis de déterminer l’organisation moléculaire et supramoléculaire dans des solutions d’extraction par l’utilisation d’une méthode couplant études expérimentales et simulations par dynamique moléculaire. / In the framework of development of new processes for spent nuclear fuel reprocessing, new extractant molecules are studied.The goals of this thesis are to study the molecular and supramolecular speciation of representative organic solutions. The speciation was determined by coupling experimental and theoretical study. After solute extraction, the composition of the organic solutions is experimentally determined. Simulations boxes with the same composition than experimental solutions are build. After simulation, trajectories are used to calculate small angle scattered intensities. The representativeness of the simulations is checked by comparison of experimental and calculated scattered intensities. The use of the simulation, ESI-MS spectrometry and IR spectroscopy provides the description of the structures in organic solution at the molecular and supramolecular scale. This methodology was applied on water and uranyl nitrate extraction by the monoamide DEHBA and MOEHA and by the malonamide DMDOHEMA as well as the extraction of water and neodymium nitrate by TODGA solutions.The extraction of water is dependent of the organization of the solution: monoamide solution made of monomer and dimer solubilize few amount of water in comparison with DMDOHEMA or TODGA solutions.The extraction of uranyl nitrate showed different behavior. UO2(NO3)2L2 complexes are observed at low uranium concentration after extraction by the monoamides. Polymetallic species are observed with the increase of uranium concentration. In the case of DMDOHEMA, monometallic complexes are majority but without a unique stoichiometry. The uranyl can be linked to 1 o 2 malonamides, 2 nitrates and sometimes to a water molecule. Neodymium is extracted by TODGA within small aggregates made of 2 or 3 cations liked by bridging nitrates. The increase of the concentration of neodymium leads to a phase separation. The presence of octanol provides the extraction of higher concentration of neodymium nitrate. Simulations showed the replacement of water and TODGA molecules and the first coordination sphere of the cation with octanol molecule. This increases the solubility of the aggregates. The presence of DMDOHEMA prevents also the phase separation by structuring the solution. With malonamide, smaller aggregates are observed.For both systems, phases after demixing (third phase formation) were characterized.This work provides the study of the molecular and supramolecular organization of organic solutions by combining experimental studies and molecular dynamic simulations.

Dans le cadre du retraitement du combustible nucléaire français, l’axe 1 de la loi du 26 juin 2006 vise à « rechercher des solutions permettant la séparation et la transmutation des éléments radioactifs à vie longue dans les déchets ». Ces travaux de thèse s’inscrivent dans cette thématique avec comme objectif la séparation actinides(III) / lanthanides(III) par extraction liquide-liquide ou à l’aide de procédés membranaires. Les performances de ces deux techniques de séparation ont été comparées à l’aide de ligands organiques hydrosolubles commerciaux. De nouveaux ligands ont été synthétisés et évalués en extraction liquide-liquide pour la séparation américium(III) / lanthanides(III) ainsi qu’américium(III) / curium(III) après une mise au point au préalable des conditions opératoires optimum sur un mélange europium(III) / lanthane(III). Enfin, de nouvelles membranes inorganiques de nanofiltration ont été utilisées. Les différents paramètres opératoires ont été étudiés et la séparation europium(III) / lanthane(III) a pu être réalisée à l’aide de ligands hydrosolubles commerciaux. Les courbes de rétention en fonction du pH ont pu être corrélées au diagramme de spéciation des ions permettant ainsi d’envisager une possible séparation américium(III) / lanthanides(III) / In the french nuclear waste treatment strategy, actinides(III) / lanthanides(III) separation is one of the key step. This work is focused on the use of nanofiltration membranes and liquidliquid extraction processes to achieve this separation. These two techniques have been compared with hydrophilic organic compounds. New ligands have also been synthesized and evaluated on actinides(III) / lanthanides(III) separation by liquid-liquid extraction. Conditions have been optimized on an europium(III) / lanthanum(III) model. Finally, new inorganic membranes have studied for the europium(III) / lanthanum(III) separation. The different operating parameters have been studied such as pH, ionic strength and lanthanides concentration. Separation has been done by using commercially available hydrophilic organic ligands. Elements’ rejection versus pH have been correlated to their speciation in water. These results allow us to think that actinides(III) / lanthanides(III) separation is possible according to the pH