Le mémoire rapporte les travaux effectués pour l’élaboration de membranes asymétriques de type co-polyalcoxyéther-imide (PEI) afin d'obtenir des membranes polymères à haut flux, sélectives pour la séparation de molécules organiques à partir de mélanges aqueux par procédés membranaires. La séparation des mélanges liquides (i.e. toluène - heptane, eau - éthanol, soluté organique dilué en solution aqueuse) a été étudiée par pervaporation (PV) et par nanofiltration (NF) à l'aide de membranes PEI originales asymétriques comportant une peau dense autosupportée. Ces membranes ont été préparées dans des conditions expérimentales contrôlées à partir de solutions DMF-H2O de l'acide polyamique correspondant (APA) en relation avec le diagramme de phase ternaire ; après l’inversion de phase dans un bain d'eau, les membranes d’APA ont été cyclisées en imides par traitement thermique. Les propriétés physiques des membranes (IR, TGA) ont été caractérisées, et les morphologies correspondantes, enregistrées par SEM, ont été utilisées pour optimiser la préparation des membranes asymétriques pour améliorer les propriétés de séparation en ajustant l'épaisseur de la couche dense. Les performances obtenues en pervaporation et en nanofiltration ont été examinées à la lumière de l'influence de trois séries de paramètres, à savoir les paramètres d’élaboration des membranes (composition du collodion, température du bain d'inversion de phase), les conditions expérimentales de perméation (température, pression) et des propriétés moléculaires du soluté (masse molaire, rayon, polarité). Les résultats de pervaporation ont montré que des membranes asymétriques PEI à peau denses pouvaient bien être obtenues, donnant lieu à une sélectivité moléculaire en accord avec le modèle de solution-diffusion. Les résultats obtenus en NF pour des solutés organiques dilués dans l'eau (≈ 500 ppm) ont montré que le degré de rejet des solutés étaient fortement liés aux conditions d’élaboration des membranes PEI et des propriétés des solutés. Les valeurs de seuil de coupure moléculaire des membranes (MWCO) ont été déterminées avec une série de polyéthylène glycol (400 <MW (g/mole) < 6000) pour une pression appliquée allant jusqu'à 10 bar. Il a été montré que le seuil de coupure des membranes était compris entre 400 et 1000g/mol à 30°C. Il a également été constaté pour certaines membranes PEI que de grandes valeurs de flux de perméation associées à de bonnes sélectivités pouvaient être obtenues, conduisant à des performances intéressantes par rapport aux données de la littérature. Ainsi le développement de ces nouvelles membranes asymétriques copolyimides comprenant un bloc élastomère devrait permettre d’obtenir des membranes de hautes performances pour des applications dans les séparations liquide-liquide, en particulier pour les séparations de nanofiltration en milieu aqueux / The work aimed to prepare co-polyalkylether-imide (PEI) asymmetric membranes in order to get high flux water selective polymeric membranes suitable for the separation of organic molecules from aqueous mixtures by membrane processes. The separation of liquid mixtures (i.e. toluene – heptane, water – ethanol and low concentrated organic solute in aqueous solutions) was studied by pervaporation (PV) and by nanofiltration (NF) using homemade integrally skinned asymmetric PEI membranes. These membranes were prepared under controlled experimental conditions from DMF-H2O solutions of the corresponding polyamic acid (PAA) with respect to the ternary phase diagram; after the wet phase inversion in a water bath, the PAA membranes were imidized by thermal treatment. The membrane physical properties (IR, TGA) were characterized and the related morphologies, recorded by SEM, were used to optimize the asymmetric membrane preparation to improve the separation properties by tuning the thickness of the dense top layer. The performances of the pervaporation and nanofiltration separations were examined in the light of the influence of three sets of parameters, i.e. membrane elaboration parameters (dope composition, inversion bath temperature), experimental permeation conditions (temperature, applied pressure) and solute molecular properties (molecular weight, radius, polarity). The PV results showed that tight asymmetric PEI membranes could well be obtained, giving rise to a molecular selectivity in agreement with the solution-diffusion model. The NF results obtained with diluted organics in water (≈500ppm) have shown that the degree of rejection of the organic solutes was strongly linked to the PEI elaboration conditions and to the solute properties. The molecular cutoff values (MWCO) of the membranes were determined with a series of polyethyleneglycol (400 < Mw (g/mole) <6000) for an applied NF pressure up to 10 Bar; it was shown that the PEI membrane MWCO could be ranged between 400 and 1000g/mol at 30°C. It was also found with some PEI membranes that high permeation fluxes together with good separation selectivity could be obtained leading to interesting performances compared to literature data. Thus, it is expected that the development of these new asymmetric block copolyimide rubbery membranes might give rise to high performance membrane systems for applications in liquid-liquid separations, in particular in nanofiltration separations

The focus of this research is to explore the molecular-level interactions between reactive metal surfaces and aqueous environments by combined ultra-high vacuum/electrochemistry (UHV-EC) methodology. The objectives of this work are to understand (1) the effects of sulfate ions on the passivity of metal oxide/hydroxide surface layer, (2) the effects of sulfur-modification on the evolution of metal oxide/hydroxide surface layer, and (3) the effects of sulfur adsorbate on cation adsorption at metal surfaces.

Pour le comblement d'une perte de tissu, la greffe reste une méthode usitée en chirurgie osseuse mais une lacune importante conduit à l'emploi de matériaux artificiels. Alternative aux implants métalliques, les substituts osseux biocéramiques ont une efficacité insuffisante dans de nombreuses indications : problème d'intégration d'un volume important, résistance inadéquate à long terme, faible bioréactivité. Doper ces biocéramiques est une voie intéressante mais nombre de dopants ont abouti à des effets cytotoxiques voire à la dégradation des propriétés mécaniques. Le magnésium a été étudié comme dopant de l'hydroxyapatite pour des faibles teneurs, apportant des améliorations sans affecter la biocompatibilité. Cependant, les fortes teneurs et l'optimisation de la synthèse d'une biocéramique dopée ont été peu étudiées. Nous avons étudié et optimisé la synthèse d’hydroxyapatite par la méthode de précipitation aqueuse pour un dopage au magnésium de 1, 2, 5 et 10 % en masse. Caractérisations physicochimiques (DRX, MEB, densité), biologiques (cytotoxicité) et mécaniques (microdureté, élasticité) ont été menées (poudres ou pastilles frittées ou non). Nous avons montré l'apparition de TCP à partir de 2 % Mg, la densité des échantillons diminuant quand la teneur croît. Le dopage accroît la microdureté et le module d’Young. Aucune cytotoxicité n'a été révélée mais une importante baisse d’activité cellulaire a été remarquée pour 10 % de magnésium. Une légère augmentation a été observée pour 1 %. L'aptitude à la mise en forme a été appréciée via le coulage d'une réplique d'un implant intervertébral. Le dopage d'HA à 1 % Mg s'avère être à tout point de vue le compromis optimal. / For the filling of a loss of tissue, the graft is a current process in bone surgery, but a significant deficiency leads to the use of artificial materials. Alternative to metallic implants, bone substitutes bioceramics have insufficient efficacy in many indications: problem of integrating a large volume, inadequate long-term resistance, low bioreactivity. Doping these bioceramics is an interesting way but many of dopants have conducted to cytotoxic effects or to the degradation of mechanical properties. Magnesium has been studied as a dopant of hydroxyapatite for low contents, improving thebioceramic without affecting its biocompatibility. However, high contents and the optimization of the synthesis of such a doped bioceramic have been little studied. We investigated and optimized the synthesis of hydroxyapatite by the aqueousprecipitation process for magnesium doping of 1, 2, 5 and 10 wt%. Physico-chemical (XRD, SEM, density), biological (cytotoxicity) and mechanical (microhardness, elasticity) characterizations were conducted (on powders or pellets sintered or not). We have shown the occurrence of TCP from 2% Mg, the density of samples decreasing when the content grows. The doping increases the microhardness and the Young’s modulus. No cytotoxicity was revealed but a significant decrease in cellular activity was noted for 10% magnesium. A slight increase was observed for 1%. The ability to form an implant was assessed via the slip casting of a replica of an intervertebral implant. Doping HA to 1% Mg was found to be at any point of view the optimum composition.

Cette thèse s’intéresse à la conversion du glycérol en acide lactique (AL) et 1,2-propanediol (1,2-PDO) par catalyse hétérogène. Le mécanisme de la réaction fait débat, particulièrement au sujet de la première étape, qui peut être une déshydratation ou une déshydrogénation. Il est attendu que ces étapes élémentaires soient influencées par le pH et la nature de l’atmosphère. Ces paramètres ont donc été étudiés expérimentalement, en présence d’un catalyseur au rhodium supporté sur charbon. D’autre part, il y avait un manque de connaissances sur le comportement du glycérol à la surface métallique du catalyseur. Une approche théorique sur une surface modèle a donc été mise en oeuvre dans le champ de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), pour examiner les étapes élémentaires et calculer les états de transition correspondants. La combinaison de ces études a montré que la déshydrogénation du glycérol en glycéraldéhyde est la première étape de la réaction sur le catalyseur Rh/C en milieu basique sous atmosphère d’hélium et d’hydrogène. Cette étude a ensuite été étendue à un catalyseur iridium supporté sur charbon, qui a mené à de meilleurs rendements en 1,2-PDO et AL. L’utilisation de ce métal supporté sur carbonate de calcium a permis d’améliorer le rendement en AL, mais l’activité est plus faible. Cependant, ce catalyseur s’est révélé relativement actif dans l’eau à pH neutre, ce qui pourrait conduire à une synthèse plus verte de l’AL. Enfin, les aspects prédictifs de la chimie théorique ont été examinés, pour voir si la réactivité de ce polyol complexe (du point de vue de la chimie théorique) pouvait être modélisée par celle d’un monoalcool sur la surface. / This thesis reports a study of the heterogeneously catalysed conversion of glycerol into 1,2-propanediol (1,2-PDO) and lactic acid (LA). The mechanism and the first step of the reaction are especially debated, as it can be either dehydration or dehydrogenation. It is expected that these elementary steps can be influenced by pH variations and by the nature of the gas phase. These parameters were consequently investigated experimentally in the presence of a carbon supported rhodium catalyst. On the other hand, there was a lack of knowledge in the behaviour of glycerol at the surface of the metallic catalyst. A theoretical approach on a model Rh(111) surface was thus implemented in the framework of Density Functional Theory (DFT) to look over the alementary reactions and to calculate the corresponding transition states. The combination of experimental and theoretical results has shown that dehydrogenation into lyceraldehyde is the first step of the reaction on the Rh/C catalyst in basic media under He or H2 atmosphere. The study was then extended to carbon supported iridium catalyst that lead to the best 1,2-PDO and LA yields. The use of iridium catalyst supported on calcium carbonate allowed obtaining higher yields in LA, but catalytic performances were lower. This latter catalyst was surprisingly quite active when performing the reaction in neutral water, which provides opportunities for a greener synthesis of LA. Last, the predictive aspects of the theoretical chemistry were investigated to determine whether the reactivity of this polyalcohol can be modelized by the reactivity of a simpler monoalcohol on the surface.

In the theoretical part of this thesis are described the synthesis, properties and mechanism of biodegradation of aliphatic polymers - polylactic acid, polyglycolic acid and their copolymer PLGA. There are also discussed the possibilities of modifying the properties, such as block copolymer PEG-PLGA synthesis. Summary informations concerning the production and use of biodegradable polymers are also shortly described. The aim of the experimental part was to observe the effect of PLGA polymer matrix size and ionic strength of the aqueous medium on the polymer swelling and erosion. Samples with weight 150 mg and 1000 mg were placed into 37 řC citrate buffer with pH 6. Each of the used mediums had various concentration c [0; 0,125; 0,25; 0,5; 1]. Measurement was carried out in period of 28 days. Values of degree of swelling and of erosion were measured. The pulsion behavior of swelling in both sample sizes was confirmed. However, the sample size has a strong impact on the rate and extent of swelling. It was demonstrated that larger samples disintegrate faster which is explained by a higher rate of autocatalysis within the polymer matrix. The results demonstrated also the effect of ionic strength on erosion when isotonic solution suppressed erosion rate.

Farmaceutická fakulta, Katedra farmaceutické technologie, Hradec Králové, 2014 Vypracovala: Markéta Valentová Školitel: Doc. RNDr. Milan Dittrich, CSc. ABSTRACT STUDY OF POLYESTER DRUG CARRIERS DEGRADATION USING THE DSC METHOD The aim of this work was focused on the study of relations among various parameters of degradation process, such as time-dependent range of glass transition temperature, swelling, erosion, and molar weight decrease. Two model polyesters of two type architectures of polyester molecules were used and monitored during two-week period. In the theoretical part of this diploma thesis are in details described biopolymers with stimulus responsive activity and exploitation of these materials in various biomedical applications in the topic of tissue engineering. The experimental part of this work is directed into the study of molecule degradation parameters, eventually into simulated biodegradation in the in vitro conditions of two different in the type polyesters with the contrast polyester molecule constitution. It was demonstrated that parameter Mn decreases towards the limit values. Between the values of molar weight and glass transition temperature is not Flory-Fox relation in the advanced phase of degradation process. The erosion of the material begins after the lag-time in the dependency...

Les objectifs du travail présenté ici sont de comprendre les procédés de formulation des gouttelettes et des particules afin de faire des hybrides polymère-polymère de qualité en dispersions aqueuses et d’utiliser notre compréhension fondamentale de ces procédés pour : 1. Augmenter le taux de conversion de(s) monomère(s) autant que possible. 2. Comprendre l’impact de ces procédés sur les propriétés des films hybrides. Des cas particuliers ont été étudiés dans des conditions commercialement viables (taux de solide de 50% en masse) basés sur deux systèmes appelés alkyde-acryliques et polyuréthane-acrylique. La préparation des miniémulsions, la polymérisation en miniémulsion et la caractérisation des latex hybrides, l’incorporation chimique d’alkyde et de polyuréthane dans les monomères acryliques ont été étudiés en détails. Nous sommes parvenus à synthétiser et caractériser des latex hybrides avec de haut taux de solides (50% en masse) composés de particules de 100nm de diamètre utilisables dans des applications de revêtement et d’adhésifs / The objectives of work presented in this thesis are to understand droplet and particle formulation processes in order to make useful polymer-polymer hybrids in aqueous dispersions and use our fundamental understanding of these processes to: 1. Improve monomer conversion as much as possible. 2. Understand impact of these processes on hybrid film properties. Specific case studies of interest under commercially feasible conditions (i.e. solids content of 50wt %) were done based on two systems namely alkyd-acrylic and polyurethane-acrylic. Miniemulsification, miniemulsion polymerisation and characterisation of hybrid latex, chemical incorporation of alkyd and polyurethane to acrylic monomers were studied in detail. We have been able to successfully synthesise and characterise hybrid latex of about 100nm in particle diameter and high solids content (50wt %) to be used in coating and adhesive applications

Au cours de ces dernières années, la microfluidique est devenue une technologie attrayante pour la synthèse en écoulement continu de dispersions colloïdales de nanocristaux. Ce procédé permet un contrôle optimal des paramètres de synthèse, offre une très bonne reproductibilité, et la possibilité de transposition à grande échelle. Dans une première partie, nous avons développé des synthèses microfluidiques et écologiques de cristaux ZIF 8, adaptables à une grande échelle de production, avec un écoulement monophasique ou biphasique (eau/alcane). La technologie microfluidique permet la synthèse rapide (10 min) de cristaux ZIF-8 avec une large variation de taille de particules (de 300 à 900 nm) simplement en faisant varier les paramètres expérimentaux (débit, température, ...). Les cristaux de ZIF-8 obtenus sont de forme géométrique dodécaèdrique rhombique, de structure cristalline sodalite et leur surface spécifique est d’environ 1700 m2/g. Puis, les propriétés catalytiques des particules ZIF-8 ont été évaluées. Des 3-cyanocoumarines et des cyanoesters α,β-insaturés ont été synthétisés avec des rendements variant de 89 à 95% via la réaction de Knoevenagel utilisant les particules ZIF-8 comme catalyseur hétérogène. Les particules de ZIF-8 peuvent être recyclées au minimum cinq fois. Dans la seconde partie de ce mémoire, nous avons synthétisé des QDs CdS dopé Mn2+ et Cu+ recouverts d’une coquille ZnS en microréacteur tubulaire avec un écoulement monophasique ou biphasique (eau/alcane). Différents paramètres expérimentaux (temps de séjour, température, pH, rapport molaire des précurseurs, concentration et nature des précurseurs, …) ont été évalués afin d’optimiser les propriétés optiques. Les QDs CdS dopé Mn2+ présentent uniquement l’émission de fluorescence liée à la transition 4T1→6A1 et leur rendement quantique de fluorescence est voisin de 10%. L’introduction d’une coquille ZnS en écoulement monophasique permet d’améliorer les propriétés optiques et de réduire les défauts des surfaces des QDs 6%Mn:CdS/ZnS (émission à 590 nm et rendement quantique de 20 %). L’introduction d’une coquille ZnS à la périphérie des QDs Cu:CdS ne permet pas d’améliorer de manière significative le rendement quantique de fluorescence. Dans la dernière partie, la synthèse en microréacteur avec écoulement monophasique ou biphasique (eau/alcane) de QDs ZnS dopé Mn2+ a été développée. Les QDs obtenus possèdent un rendement quantique de 13% s’ils sont préparés en écoulement monophasique / In recent years, microfluidics has become an attractive technology for the continuous flow synthesis of colloidal nanocrystals. This technology allows a good control of the synthesis parameters, a good reproducibility and the possibility of the application on a large scale. In a first part, we have developed continuous and ecological syntheses of the ZIF-8 crystals for the large scale, either with a monophasic or a biphasic flow (water/alkane). The microfluidic technology allows the fast synthesis (10 min) of ZIF-8 crystals over a wide size range (from ca. 300 to 900 nm) simply by varying the experimental parameters (flow rates, temperature,…). ZIF-8 crystals with the stable rhombic dodecahedron shape, of sodalite structure and with a high specific surface area (ca. 1700 m2.g-1) were obtained. Next, the catalytic properties of ZIF-8 crystals were evaluated. These particles were demonstrated to be an efficient heterogeneous catalyst for the Knoevenagel synthesis of α,β-unsaturated cyanoesters and of 3-cyanocoumarins using 2-hydroxy aromatic aldehydes and ethyl cyanoacetate as starting materials (yields ranging from 89 to 95%). The ZIF-8 particles can be recycled at least five times with negligible changes in catalytic performances. In the second part, we synthesized the Mn2+ or Cu+-doped CdS QDs coated with a ZnS shell in a tubular microreactor using a monophasic or a biphasic flow (water/alkane). Various experimental parameters (time, temperature, pH, molar ratio, concentration and nature of the starting materials) were evaluated to optimize the optical properties of the dots. The obtained Mn2+ doped CdS QDs exhibited a photoluminescence emission related to the 4T1 → 6A1 transition with quantum yields higher than 10%. The introduction of a ZnS shell with the monophasic flow allows to improve the optical properties and to reduce the surface defects of the 6% Mn:CdS/ZnS QDs (strong emission at 590 nm and quantum yields of ca. 20%). The introduction of a ZnS shell on the surface of Cu doped CdS QDs does not significantly improve the quantum yields. Finally, the synthesis of Mn2+-doped ZnS QDs with monophasic or biphasic flow (water/alkane) was developed. The dots have a photoluminescence quantum yield of 13% if they are prepared in a monophasic water flow

Ce travail de thèse porte sur la synthèse de carbures de molybdène sur support afin de tester leurs performances catalytiques dans des réactions d’hydrogénation. Dans ce but, la conversion d'acide succinique en phase aqueuse dans un réacteur discontinu et du dioxyde de carbone en phase gazeuse dans un réacteur à flux continu, ont été effectuées. Les catalyseurs ont été préparés par la méthode de carburation par réduction en température programmée, pendant laquelle des paramètres ont été modifiés conduisant à différents rapports molybdène/carbone. Les différents catalyseurs testés dans cette réaction étaient actifs pour la conversion de l'acide succinique en gamma-butyrolctone et, plus remarquablement, en acide butyrique, ce dernier n'était pas obtenu en quantités significatives avec des catalyseurs à base de métaux précieux. L’augmentation de la conversion d’acide succinique avec une sélectivité plus élevée en acide butyrique a été faite avec les catalyseurs contenant plus de carbone, préparés en augmentant la vitesse spatiale horaire gazeuse. Les intermédiaires ont été ensuite convertis en tétrahydrofurane, butanol, 1,4-butanediol et butane. La désactivation observée lors de recyclage du catalyseur a été principalement attribuée à une diminution de la quantité de molybdène et de carbone carbidique, démontrée par l'analyse XPS. Des essais préliminaires de ces catalyseurs dans l'hydrogénation du dioxyde de carbone ont montré qu'ils fonctionnaient principalement en tant que catalyseurs pour la réaction du gaz à l’eau inverse, et l'excès de carbone entrave l'activité catalytique d'une manière opposée à la réaction en phase aqueuse. Le support semble jouer un rôle dans la réactivité des catalyseurs, la conversion du dioxyde de carbone ainsi que la sélectivité en méthane et méthanol, qui ont augmenté dans l'ordre suivant: carbure de molybdène sur support DT51 TiO2> P25 TiO2 ˜ ZrO2 / This work focuses on the synthesis of supported molybdenum carbides and evaluating their catalytic performance in succinic acid hydrogenation reactions in aqueous phase using batch reactor and carbon dioxide hydrogenation in gas phase using continuous flow reactor. The catalysts were prepared by the temperature programmed reduction carburization method, where the parameters were modified leading to different molybdenum to carbon ratios. The different catalysts tested were active in converting succinic acid to gamma butyrolctone and more remarkably butyric acid which is not reported in significant quantities in this reaction with precious metal based catalysts. The catalysts containing more carbon contents that were prepared by increasing the gas hourly space velocity showed higher activity in converting succinic acid and higher selectivity to butyric acid. The intermediates were then converted to tetrahydrofuran, butanol, 1,4-butanediol and butane gas. The deactivation observed while recycling the catalyst was mainly attributed to a decrease in the amounts of carbidic molybdenum and carbidic carbon, as demonstrated by XPS analysis. Preliminary tests for these catalysts in carbon dioxide hydrogenation showed that they functioned mainly as reverse water gas shift catalysts, and the excess of carbon hinders the catalytic activity in an opposite manner of the reaction in aqueous phase. The support seems playing a role in the reactivity of the catalysts, carbon dioxide conversion as well as methane and methanol selectivity increased in the order: molybdenum carbide supported on DT51 TiO2 > P25 TiO2 ˜ ZrO2

L’objectif de cette thèse de doctorat est le développement d’une nouvelle méthode théorique basée sur la simulation des équilibres liquide-gaz par simulations de dynamique moléculaire. Cette nouvelle m´méthode prédit les propriétés thermodynamiques telles que l’activité des solvants et les coefficients d’activité des solutés en phases aqueuses et organiques impliquées dans les systèmes d’extraction liquide-liquide. Ces propriétés thermodynamiques sont nécessaires pour les approches de modélisation thermodynamique mésoscopique permettant d’estimer l’efficacité et la s´électivité d’un système d’extraction par solvant jusqu’au une échelle industrielle. Les propriétés thermodynamiques et structurales des solutions électrolytiques aqueuses et des phases organiques, y compris les agrégats résultant des molécules d’extraction des amphiphiles, sont en bon accord avec les données expérimentales et théoriques disponibles. L’approche de dynamique moléculaire de l’équilibre osmotique fournit un nouvel outil puissant permettant d’accéder aux données thermodynamiques. / The aim of this PhD thesis is the development of a new theoretical method based on the simulation of vapor-liquid equilibria by means of molecular dynamics (MD) simulation. This new method predicts thermodynamic properties such as solvent activities and solute activity coefficients of aqueous and organic phases used in liquid-liquid extraction systems. These thermodynamic properties are required for mesoscopic thermodynamic modeling approaches estimating the efficiency and selectivity of a given solvent extraction system up to an industrial scale. Thermodynamic and structural properties of aqueous electrolyte solutions and organic solvent phase including aggregates resulting from amphiphilic extractant molecules are reproduced in very good agreement with previously available experimental and theoretical data. The osmotic equilibrium MD approach provides a new and powerful tool for accessing thermodynamic data