EP1419009A1 - Method for preparing a composite solid material based on hexacyanoferrates, and method for fixing mineral pollutants using same - Google Patents

Method for preparing a composite solid material based on hexacyanoferrates, and method for fixing mineral pollutants using same

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Publication number
EP1419009A1
EP1419009A1 EP02774878A EP02774878A EP1419009A1 EP 1419009 A1 EP1419009 A1 EP 1419009A1 EP 02774878 A EP02774878 A EP 02774878A EP 02774878 A EP02774878 A EP 02774878A EP 1419009 A1 EP1419009 A1 EP 1419009A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solution
hexacyanoferrate
support
metal
polymer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02774878A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Isabelle Bispo
Slobodan Milonjic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Societe Technique pour lEnergie Atomique Technicatome SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Societe Technique pour lEnergie Atomique Technicatome SA
TechnicAtome SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Societe Technique pour lEnergie Atomique Technicatome SA, TechnicAtome SA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP1419009A1 publication Critical patent/EP1419009A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04Treating liquids
    • G21F9/06Processing
    • G21F9/12Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J39/00Cation exchange; Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
    • B01J39/08Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
    • B01J39/16Organic material
    • B01J39/17Organic material containing also inorganic materials, e.g. inert material coated with an ion-exchange resin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J45/00Ion-exchange in which a complex or a chelate is formed; Use of material as complex or chelate forming ion-exchangers; Treatment of material for improving the complex or chelate forming ion-exchange properties
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31721Of polyimide

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of a solid composite material fixing mineral pollutants based on insoluble hexacyanoferrates.
  • the present invention relates to a process for the preparation of a composite solid material fixing mineral pollutants, based on hexacyanoferrates and cationic polymers, deposited in a film layer on a support. Even more precisely, the present invention relates to a process for the preparation of a composite solid material fixing mineral pollutants formed from a mechanically and chemically stable solid support, coated with a film of an anion exchange polymer, to which a thin layer of insoluble hexacyanoferrate is fixed.
  • the present invention also relates to a method for fixing at least one mineral pollutant contained in a solution on said composite solid material fixing mineral pollutants.
  • the hexacyanoferrates in particular the hexacyanoferrates (II) of Cu, Ni and Co are among the most commonly used mineral fixers, in particular in the nuclear industry because of the high affinity they have for cesium.
  • Inorganic fixing agents of the hexacyanoferrate type have therefore in particular been used to separate, recover and fix the metal ions and in particular the radioactive alkali metal ions such as cesium 137 with long half-life from various industrial and nuclear effluents, for example from strongly acid solutions resulting from the reprocessing of irradiated fuels and from the solutions already mentioned above.
  • insoluble hexacyanoferrates are used in most processes treatment of liquid radioactive waste by co-precipitation.
  • the document FR-A-2 765 812 describes the method of preparation and use in column of a material composed of metallic hexacyanoferrate fixed on a solid support chemically and mechanically stable, coated with a thin film of organic polymers exchangers of anions for fixing at least one mineral pollutant, in particular from a liquid or an effluent from the nuclear industry.
  • the product first prepared, then packaged in the form of a column, allows the total and irreversible fixation of cesium 137.
  • the hexacyanoferrate anion is adsorbed on the anion exchange polymer covering a solid support in the form of a film, by interactions of electrostatic type and, therefore, strongly adheres to the support.
  • This bond involves adsorption phenomena in the pores as in the impregnated hexacyanoferrates.
  • 1 hexacyanoferrate is carried out uniformly over the entire modified surface of the support. All the possible exchange sites for the polymer are exchanged, the composition and properties of the material are perfectly controlled and reproducible, unlike the materials of the prior art. There is no longer any residual hexacyanoferrates on the surface capable of being released and subsequently disturbing the fixing process.
  • the material has a contact surface of the same order of magnitude as the specific surface of the selected support, thus the reactivity of the copper hexacyanoferrate is increased.
  • the distribution coefficient of cesium is high (Kd> 100,000) and comparable to those of hexacyanoferrates impregnated with quantities of hexacyanoferrate of 1 to 2% by mass relative to the mass of support. This is in particular the reason why " it is possible to easily store the material of this document which is stable and essentially mineral.
  • the method of fixing at least one metal cation (for example Cs + ) can be implemented separately, either in “column” mode or in "batch” mode, with stirring.
  • the reactants such as copper sulphate and sodium ferrocyanide
  • the reactants are previously mixed to form a mixed hexacyanoferrate formed of copper, sodium and potassium.
  • This hexacyanoferrate is then introduced at very low flow rate into a column containing the mineral support. Once the hexacyanoferrate has been fixed on the silica, a certain number of purification steps are carried out in “batch”, thus forcing recourse to a new column setting for decontamination.
  • This process must, moreover, make it possible to prepare a material whose properties are stable, perfectly controlled and without random variations, and in which the polymer is fixed in an adherent and stable manner to the support, even without resorting to grafting operations and / or complicated and long crosslinking and carried out in "batch" mode. It is obvious that the material prepared by the process must also meet the criteria and requirements which are for the most part already satisfied by the solid composite material of the prior art represented by FR-A-2 765 812. In particular, this material must be chemically and mechanically stable in order to be able to be thus conditioned in a column allowing continuous implementation of the fixing process, of pollutants, of decontamination.
  • the solid composite material fixing mineral pollutants must also have excellent fixing properties, in particular of decontamination, that is to say analogous, or even superior in particular to those of hexacyanoferrates not impregnated on a support.
  • the solid material fixing mineral pollutants must also combine good mechanical stability with a high reaction speed, unlike products in compact form, the low specific surface of which leads to slow reaction rates.
  • the solid material fixing mineral pollutants, based on metal hexacyanoferrates must present among other things excellent mechanical and chemical stabilities, a high coefficient of affinity or of decontamination, a great reactivity, as well as a good selectivity.
  • the composite solid material fixing mineral pollutants must be able to be easily stored and / or vitrified without risk by known methods.
  • the material prepared by this process must have a composition and properties that are perfectly reproducible and controlled.
  • the present invention therefore aims to provide a process for the preparation of a composite solid material fixing mineral pollutants based on metal hexacyanoferrates, which does not have the drawbacks, defects, disadvantages, and limitations processes for the preparation of composite solid materials fixing mineral pollutants of the prior art, as represented essentially by the document FR-A-2 765 812, which overcomes the problems of the processes of the prior art and which fulfills, inter alia , the set of needs mentioned above.
  • the present invention also aims to provide a method for fixing at least one mineral pollutant contained in a solution which uses said composite solid material and which can be carried out continuously, in particular with a reduced duration and a high efficiency. .
  • a process for the preparation of a composite solid material fixing mineral pollutants, based on metal hexacyanoferrate comprising a solid support coated with a film of an anion exchange polymer to which is fixed an insoluble metal hexacyanoferrate forming a thin layer, said method essentially comprising at least one step of bringing said solid support into contact with at least one liquid reagent, and optionally at least one step washing, with an avage liquid, characterized in that all of the process steps are carried out continuously in a single container, such as a column, in which the support forms a fluidized bed, the fluidization of which is provided by said at least one reagent or washing liquid.
  • the process according to the invention is carried out entirely continuously, in a single container, such as a column, this means that there is no there is no transfer of the material from one container to another during the process, that all the stages of preparation are carried out, successively, continuously, without breaking, without interruption, unlike the processes of the prior art, where certain stages are carried out in “batch” mode, and others are carried out continuously with each time a change of container, and a transfer of the material.
  • the method according to the invention makes it possible to prepare large quantities of material, for example up to hundreds of kilograms, in a relatively short reaction time.
  • process steps generally covers any operation aimed at obtaining the targeted material, namely synthesis, purification, or the like.
  • preparation generally covers any operation aimed at obtaining the targeted material, namely synthesis, purification, or the like.
  • Such a method however essentially comprises at least one step of bringing the solid support into contact with at least one liquid reagent and at least one step of washing with a washing liquid.
  • the solid support forms a fluidized bed, the fluidization of which is ensured by said at least one liquid reagent or washing liquid.
  • Fluidization is generally ensured by a very high flow rate (80 to 280 ml / min) of this reagent or washing liquid sent into the previously fixed bed of solid support, against the current from bottom to top in the bed of solid support.
  • the synthesis of the material, and in particular the deposition of the insoluble metal hexacyanoferrate on the support, is greatly facilitated by the implementation of the fluidized bed, which ensures both the chemical reaction, as well as a perpetual movement of the support. .
  • the method according to the invention allows, in particular, to obtain a homogeneous, uniform deposit of metal hexacyanoferrate on the solid support coated with cationic polymer obtained in the same container, during the previous step of the same continuous process .
  • the uniformity of the deposit on the support thanks to the implementation of the fluidized bed, no longer requires compaction thereof and avoids the problems due to the preferential paths encountered in the prior art.
  • the material prepared by the process according to the invention essentially due to the use of a fluidized bed during its preparation, thus has inherent, improved properties, compared to the prior art, in which the preparation of the material is not made fully continuous in a single column, and in a fluidized bed.
  • the material prepared by the process according to the invention is coated with a homogeneous and uniform layer of hexacyanoferrate, which is not the case in analogous materials of the art anterior prepared in "batch” mode and, moreover, without using a fluidized bed. It was also noted that the material prepared by the process of the invention exhibited distribution constants, for example with respect to a solution loaded with radioactive cesium, much higher than those obtained with the products prepared in " batch ”, for example 10 4 mL / g instead of 10 3 mL / g.
  • the material according to the invention has a structure substantially similar to that described in document FR-A-2 765 812, namely, the material prepared by the process according to the invention has a specific structure in which the mineral fixer as such, ie the metal hexacyanoferrate, is in the form of a thin layer which is immobilized on a polymer phase fixed on a support, said support being solid and advantageously, chemically and mechanically stable, and being protected and isolated from the action of the medium by the underlying polymer layer. Therefore, the material prepared according to the invention is also chemically and mechanically stable and combines these stabilities with a high reaction rate, and is perfectly suited for column packaging • for fixing and decontamination. It will be seen later that, in fact, this column is preferably advantageously according to the invention the same as that in which the material is prepared.
  • the mechanical stability of the material prepared according to the invention has proved perfect column, after washing with pure water for several days, corresponding to more than 10,000 column volumes.
  • the hexacyanoferrate anion is adsorbed on the polymer, by interactions of electrostatic type, and therefore strongly adheres to the support.
  • the bond which exists between the anionic part of the metal hexacyanoferrate, and the support coated with the anion exchange polymer is an electrostatic type bond, which is not a weak bond of a mechanical nature essentially involving phenomena adsorption in the pores as is the case in impregnated hexacyanoferrates, for example on silica gel.
  • the deposition of the hexacyanoferrate is, as already indicated, carried out uniformly over the entire modified surface of the support.
  • the material prepared according to the invention also has a contact surface which is of the same order of magnitude as the specific surface of the chosen support. Consequently, the reactivity of hexacyanoferrate is increased.
  • the distribution coefficient of the material prepared according to the invention which is preferably 10,000 to 100,000 (mg / L) for one gram of material, is high and is comparable to that of massive hexacyanoferrates, but the amounts of exacyanoferrates used are advantageously much lower than those of hexacyanoferrates impregnated on silica.
  • the material prepared according to the invention generally comprises an amount of metal hexacyanoferrate fixed from 1 to 10% by weight, preferably from 2 to 3% by weight relative to the mass of the support, this value is to be compared to the 30% value for the hexacyanoferrates impregnated on silica mentioned above.
  • the quantity of ferrocyanide which is fixed and rejected after its use is limited, and the same efficiency is obtained for a quantity, for example ten times less, of hexacyanoferrate, since all the fixed product is effective.
  • the solid support can be chosen from the supports known to those skilled in the art and suitable for the use described; these solid supports can be organic or mineral and are generally chosen from chemically and mechanically stable solid supports.
  • the support will thus preferably be chosen from mineral oxides such as silica, alumina, titanium oxide, zirconium oxide, diatomaceous earth, glasses, and zeolites; a preferred support is silica, readily available at a reasonable cost.
  • the support may be in any form, but because it must be fluidized, it will preferably be in the form of particles such as grains, beads or spheres; or fiber.
  • the particle size of the support, in the form of particles, defined by the size of the particles, that is to say the diameter in the case of spherical particles, can vary within wide limits and will generally be from 1 to 500 ⁇ m, preferably greater than or equal to 10 ⁇ m, more preferably still greater than or equal to 30 ⁇ m, for example.
  • the specific surface of the support can also be variable, for example from 10 to 500 m 2 / g, preferably 30 to 500 m 2 / g.
  • the support is preferably a porous support to allow better fixation of the polymer.
  • the average pore size of the support is variable, and is preferably 100 to 1000 ⁇ .
  • the anion exchange polymer of the composite solid material fixing mineral pollutants according to the invention is derived from an organic polymer which has been optionally provided with cationic groups by any process known to those skilled in the art.
  • This organic polymer is preferably chosen from polyvinylimidazoles, copolymers of vinylimidazole with at least one other monomer, for example a vinyl monomer, polyethyleneimines, polyamines and any polymer carrying a cationic group or the like or capable of being provided with it. .
  • Any polymer is suitable on the condition that it forms a film, or film very adherent to the surface of the support, for example by adsorption in the pores or by covalent bond using a suitable grafting, and that it is or that it can be a carrier of cationic groups.
  • the polymer is a non-crosslinked polymer, which comprises as anion exchanger groups only quaternary ammonium groups, and which does not contain primary, secondary and tertiary amino groups.
  • said cationic polymer, the anion exchanger is a Polybrene ® or bromide hexadimethrine or poly (dibromide N, N, N ', N' -tétraméthyltriméthylènehexamêthylènediammonium) (C ⁇ 3 H 30 Br 2 N 2) x .
  • CAS No [2 8728-55-4] which is a water-soluble polymer, widely used in biochemical applications and which contains only quaternary ammonium groups.
  • the polybrene formula is as follows:
  • the preferred polymers adhere to the support, in an excellent manner, without crosslinking or fixing by covalent bond. Since the preferred polymer does not have primary and secondary and tertiary groups, the formation of unstable metal complexes is avoided, as well as the subsequent release of metal ions, such as copper, from the material.
  • the properties of the composite material are perfectly controlled, stable and do not undergo random variations.
  • the film is strongly adherent to the support and this film is extremely stable. It may be thought that the excellent adhesion of the preferred polymers, such as polybrene, to the support, comes from the interaction between the NR 4 + of the polymer and the silanol groups of the support.
  • the metal hexacyanoferrate which is attached to the anion exchange polymer can be any hexacyanoferrate known to those skilled in the art, it can be chosen, for example, from copper, cobalt, zinc, cadmium, nickel, iron hexacyanoferrates and the like. mixed hexacyanoferrates relating to these salts.
  • the process for the preparation of the invention of a solid composite material fixing mineral pollutants, based on metal exacyanoferrate, comprising a solid support coated with a film of an exchange polymer anions, to which is fixed an insoluble metal hexacyanoferrate forming a thin layer is absolutely not limited to steps, operating parameters of these steps, reagents, and possible particular washing liquids.
  • the process according to the invention can be, for example, any process for the preparation of a composite solid material defined above, in which while retaining substantially the same steps, the same reagents, and the same washing liquids, the adaptation is carried out consisting in carrying out all of said steps continuously in a single container, such as a column, in which the support forms a fluidized bed, the fluidization of which is ensured by the liquid reagents or washing liquids, if any.
  • a preparation process which can be adapted to be carried out in accordance with the process of the invention, continuously, and in a fluidized bed is, for example, the process described in the document.
  • Such a process may include a crosslinking step which is difficult and time-consuming to carry out with heating to approximately 60 ° C. This is the reason why, in a preferred embodiment of the invention, the preparation process is carried out without crosslinking, preferably using particular cationic polymers.
  • Such a method comprises the following successive steps:
  • the anion exchange polymer is preferably chosen from anion exchange polymers, non-crosslinked, comprising as anion exchange groups only quaternary ammonium groups and not comprising no primary, secondary and tertiary amino groups.
  • Polyethyleneimines (PEI) can also be chosen, but this involves tedious intermediate and final rinsing steps.
  • the adsorption of the polymer which is soluble in water, takes place in an aqueous medium, from an aqueous solution and not in an organic medium, without prior drying, under vacuum, of the support, and this contact time is reduced, for example to 1 hour;
  • the adhesion of the polymer to the support is stable, which eliminates the steps of crosslinking, carried out at 60 ° C., (very long) and of fixing by covalent bonding, in addition, the step of creation of cationic groups does not exist either, since the polymer advantageously comprises from the outset the necessary cationic groups.
  • an acid pH step must be used to protonate it.
  • a strongly adherent polymer film is obtained in a single adsorption step by simple contact, without placing under vacuum, of a duration, for example, close to 1 hour, without prior drying and crosslinking, instead of having to resort to at least three long and difficult stages the duration of which can go up to 48 hours, which are energy consuming and require vacuum, drying and a heater.
  • a duration for example, close to 1 hour
  • the invention finally relates to a method for fixing at least one mineral pollutant such as a metal cation contained in a solution, in which a composite solid material fixing the mineral pollutants is first prepared, based on hexacyanoferrate from metal, comprising a solid support coated with a film of an anion exchange polymer to which an insoluble metal hexacyanoferrate is fixed by the process described above without a final drying step, then said solution is continuously contacted with said composite solid material fixing mineral pollutants, in the same container, such as a column, where said material was prepared.
  • a composite solid material fixing the mineral pollutants is first prepared, based on hexacyanoferrate from metal, comprising a solid support coated with a film of an anion exchange polymer to which an insoluble metal hexacyanoferrate is fixed by the process described above without a final drying step, then said solution is continuously contacted with said composite solid material fixing mineral pollutants, in the same container, such as a column, where said material was prepared.
  • This fixing process has the advantage of being able to be carried out continuously following, preferably, immediately, immediately after, the process for preparing the composite solid material; the latter remains in the same container, which eliminates a long, difficult transfer operation, as well as column packaging of the material also long and difficult.
  • composition of the product obtained is such that there is no need at the end of the preparation to have recourse to a final stage of drying the material before decontamination, fixing the pollutants, since there is no There are no excess ferrocyanides.
  • Decontamination, fixing can therefore be carried out according to the invention immediately after preparation, without drying, in the same device.
  • the contacting of the material and the solution to be depolluted can be carried out in the column for example by percolation of the solution through the material, or else in a particularly advantageous manner by means of a (in a) similar fluidized bed.
  • said fluidized bed being formed by the composite solid material, the fluidization of which is ensured by the solution containing the mineral pollutant; that is to say, in this case, it is the entire fixing process, including the synthesis, which is carried out in the same fluidized bed and in the same container, such as a column.
  • the fixing process can be carried out, preferably, immediately after this in the same container, preferably also in a fluidized bed, without loss of time, transfer and other conditioning step.
  • the fixing method according to the invention is very simple, because it only implements one device, namely a single container such as a column, which is extremely advantageous, in particular, in the case of the treatment of radioactive fluids. In addition, the overall duration of the process is greatly reduced.
  • the method for fixing pollutants according to the invention has all the other advantages inherent in the material prepared. These advantages being essentially linked to the preparation in a fluidized bed, which have already been indicated above, namely in particular clearly higher partitioning constants and the absence of preferential paths.
  • the invention will now be described in more detail in the following, with particular reference to the preparation process in its preferred embodiment.
  • the first step of this process consists in impregnating a solid support with an organic polymer solution on said solid support.
  • the solid support is one of those which have already been mentioned above, a preferred carrier is silica Lichrospher ® 100 from Merck ®, the polymer is also one of the preferred polymers which have been mentioned above, still preferred polymers being a polybrene ® (PB), preferably a polybrene ® of molecular mass 4,000 to 6,000 g / mol supplied by the company Sigma Aldrich ® or else a polyethyleneimine of molecular mass (10,000 g / mol) supplied by the same company .
  • PB polybrene ®
  • this solid support is placed in a container, such as a column, and forms at the start of the process a fixed bed.
  • the fluidization of this bed is created by circulating in this fixed bed a current (against the current) of liquid reagent or possibly a washing liquid.
  • the techniques for creating a fluidized bed are well known to those skilled in the art.
  • the reagent or liquid enters the container or the column by an inlet orifice and crosses the fixed bed at a rate sufficient to cause its fluidization, without entraining, however, the particles from which the bed is formed and leaves by an outlet.
  • the container such as a column
  • the container is generally vertical and is, for example, in the form of a straight vertical cylinder, into which the liquid or liquid reagent enters through an inlet orifice provided at the base of the cylinder and crosses, in ascending, vertical flow, the bed which is thus fluidized, and the liquid is discharged at the top of the column, through an outlet orifice provided in the other base of the cylinder.
  • the polymer solution is a solution in water, for example in demineralized water.
  • the solution generally has a concentration of 20 to 100 g / l.
  • the impregnation is carried out by bringing the solid support into contact with the polymer solution at a flow rate, for example, from 80 to 280 ml / min, sufficient to cause fluidization, for a sufficient time, which is surprisingly according to the invention short, for example 1 hour (instead of 24 to 48 hours in "batch" mode), whereby a uniform coating of polymer is obtained on the solid which isolates and protects the solid support, which follows its forms "and porosities, and which retains its specific surface.
  • the fixing of the polymer on the solid support is essentially governed by an adsorption phenomenon with interactions of electrostatic type, this fixing is according to the invention relatively strong without the need for grafting by covalent bonds.
  • film is meant as already indicated above, a uniform coating over the entire surface of the solid support and which substantially retains the specific surface of the latter.
  • This film generally has a thickness of 2 to 3 nm.
  • This step is carried out again continuously, preferably immediately after the previous step, it suffices for this to simply replace the stream of demineralized water with an alkali metal hexacyanoferrate solution.
  • the starting alkali metal hexacyanoferrate is preferably chosen from sodium or potassium hexacyanoferrates (II) and (III).
  • the aqueous solution of alkali metal hexacyanoferrate used at a variable concentration that is to say that the concentration of the salt of hexacyanoferrate (II) or (III) of alkali metal in particular potassium or sodium is preferably from 1 to 100 g / 1, for example from 50 g / 1.
  • the aqueous solution of hexacyanoferrate used is prepared in such a way that the mass ratio of the salt of hexacyanoferrate (II) or (III) of alkali metal, in particular potassium or sodium, to the quantity of the impregnation support essentially consisting of the initial solid support such as silica, is preferably 5 to 10%.
  • the impregnation does not have to be carried out at a defined, adjusted pH, controlled for example by a buffer. It is a solution in water, preferably pure, demineralized water.
  • the flow rate of the solution is, for example, from 80 to 280 ml / min, so as to ensure or maintain the fluidization.
  • the solid support thus coated with a film of anion exchange polymer to which an alkali metal hexacyanoferrate is attached is then subjected to a washing operation. Washing is carried out continuously, preferably immediately after the previous step.
  • the purpose of the washing operation is to remove the alkali metal hexacyanoferrate salts which have not been fixed on the polymer and makes it possible to obtain a composite material fixing mineral pollutants in which there is no longer any free, unbound hexacyanoferrate which can be released.
  • Washing is carried out with demineralized water.
  • the amount of rinse solution used is variable and can range from 100 to 1000 ml per gram of product treated.
  • the flow rate of the rinsing solution is such that the fluidization is adequately ensured.
  • the next step is the addition of an aqueous solution of metal salt to the solid support coated with a film of an anion exchange polymer, to which the hexacyanoferrate anion is attached.
  • This step is also according to the invention carried out continuously, preferably immediately after the previous step, replacing the rinsing solution with a solution of metal salt.
  • the metal salt contained in this aqueous solution is a salt whose metal corresponds to the insoluble hexacyanoferrate which it is desired to obtain as has already been indicated above.
  • This metal is chosen, for example, from copper, cobalt, zinc, cadmium, nickel and iron, etc.
  • the metal salt will therefore be for example a nitrate, a sulphate, a chloride, an acetate of one of these metals at a concentration in the aqueous solution preferably from 0.01 to 1 mol / 1, more preferably from 0, 02 to 0.05 mol / 1.
  • the amount of salt used is moreover preferably about 0.4 mmol / g of treated support.
  • the addition of the aqueous solution of the metal salt does not have to be done at a defined pH, using of a buffer solution.
  • the aqueous solution is a solution in pure water, demineralized.
  • the final material is washed, which thus comprises the solid support coated with a film of an anion exchange polymer to which an insoluble metal hexacyanoferrate is attached, forming a thin layer.
  • This last washing step is carried out in the same manner and under the same conditions as the washing step already described above, using pure demineralized water.
  • This step is carried out continuously, and preferably immediately after the previous step.
  • an alkali metal salt for example sodium, the anion of which is preferably the same as that of the metal salt used in the previous step, and optionally , in addition, the corresponding acid: it is possible to use, for example, sodium nitrate and nitric acid.
  • This washing operation makes it possible to remove the excess metal salt and to obtain a stable final product with a perfectly defined composition. It must be followed by a final step of rinsing with demineralized water.
  • drying is continued until the mass of the support remains substantially constant. However, this drying step is preferably generally omitted if one proceeds to it, and continuously fixing the pollutants contained in a solution.
  • the content by weight of mineral fixer that is to say of insoluble metal hexacyanoferrate fixed on the anion exchange polymer is generally from 1 to 10%, for example 3% relative to the mass of the mineral support such as silica . It has been observed by analysis by neutron activation that the atomic ratio of M 2 / Fe can vary from 1 to 5 without the fixing properties, in particular of decontamination being affected.
  • the solid composite material. fixing mineral pollutants prepared by the process according to the invention is preferably immediately after its preparation - the possible final drying step being omitted - used in fixing at least one mineral pollutant, for example of a cation metallic contained in a solution, wherein said solution is brought into contact with said composite solid material fixing mineral pollutants.
  • this fixing is carried out continuously in the same container, such as a column where the solid material has been prepared. Therefore, no conditioning, transfer is necessary.
  • the materials prepared according to the invention because of their excellent properties such as excellent exchange capacity, excellent selectivity, a reaction speed . high are particularly suitable for such use.
  • the material prepared according to the invention can be used in particular over a very wide range of PH.
  • aqueous nitric solutions with a concentration ranging, for example, from 0.1 to 3M, acidic or neutral solutions up to a pH 8, basic solutions, etc.
  • concentration ranging, for example, from 0.1 to 3M
  • silica does not generally resist at a basic pH
  • a solid support for example made of Ti0 2
  • the use of the composite material can then be extended, for example, to pH 10.
  • the mineral pollutant capable of being fixed in the fixing method according to the invention can be any mineral pollutant, that is to say for example any pollutant derived (based) from a metal or an isotope, preferably from a radioactive isotope, of this metal, likely to be in solution.
  • This pollutant is preferably chosen from anionic complexes, colloids, cations and their mixtures.
  • a pollutant such as a cation derived from an element chosen from Tl, Fe, Cs, Co, Ru, Ag, ... and the isotopes, in particular the radioactive isotopes of these- Ci, among which we can cite 58 C o, 60 C o, 55 " 59 Fe, 134 C s, 137 C s," 3, ⁇ os , ⁇ o 5 , ⁇ o 7 Ru>
  • the metal cation is in particular Cesium Cs + or Thallium Tl 2+ .
  • the anionic complex is for example
  • a preferred use of the material prepared according to the invention is the fixation of cesium which contributes to a large part of the gamma activity of liquids from the nuclear industry and which is selectively fixed by the hexacyanoferrates.
  • the concentration of pollutant (s) such as cation (s) can vary between wide limits: for example it can be for each of thereof of 0.1 picogram to 100 mg / 1 of 'preferably
  • the solution to be treated by the fixing process of the invention is preferably an aqueous solution which, in addition to the pollutant (s) such as one or more cation (s) to be fixed, may contain other salts in solution such than NaNo 3 or LiN0 3 or alternatively A1 (N0 3 ) 3 or any other soluble salt of alkali or alkaline earth metal at a concentration of up to 2 moles / l.
  • the solution may also contain, as indicated above, acids, bases, and even organic compounds.
  • the solution to be treated can also be a solution in a pure organic solvent such as ethanol (absolute alcohol), acetone or the like, in a mixture of these organic solvents, or in a mixture of water and one or more several of these water-miscible organic solvents.
  • a pure organic solvent such as ethanol (absolute alcohol), acetone or the like
  • the material prepared according to the invention thus has the advantage of being able to treat solutions which cannot be treated with organic resins.
  • This solution can consist of a process liquid or an industrial or other effluent which can originate in particular from industry and nuclear installations or from any other activity linked to nuclear power.
  • nuclear installations and activities using radionuclides which can be treated by the process of fixing the invention, for example, may be cited the cooling water from power stations, and all the various effluents coming into contact with radioisotopes such as all washing water, solutions for regenerating resins, etc.
  • the fixing method according to the invention can also be implemented in other fields of activity, industrial or other, non-nuclear.
  • hexacyanoferrates selectively fix thallium and this property could be exploited in the purification of cement effluents to reduce or eliminate the releases and emissions of this element which is a violent poison.
  • the contact time of the solution to be treated with the exchanger material is variable and can range from 1 minutes to 1 hour with continuous operation according to the invention.
  • this duration is notably shorter than in the analogous processes carried out in batch or partly in batch, partly continuously, in different containers.
  • the solid composite fixing material (exchanger) prepared according to the invention in which, for example, the metal cations of the exacyanoferrate have been exchanged by the cations in the solution can be directly stored, because its very high mechanical and chemical stabilities and its essentially mineral nature allow such storage without degradation of the product leading to hydrogen fumes, or it can be treated by a process allowing conditioning for long-term storage, for example by vitrification. Vitrification is particularly suitable in the case where the fixed cations are radioisotopes and the support is silica.
  • the material prepared according to the invention thanks to its specific structure, and unlike the exchanger materials of the prior art based on hexacyanoferrate, can be vitrified without danger because the quantities of mineral fixative are limited and decontamination in air safe.
  • the anion exchange polymer is a polybrene (PB) having the following structure and characteristics: Molar mass 4,000 to
  • a silica support (Silica Gel 100 ® ) supplied by the company Merck®, having a particle size of 0.063 to 0.200 mm, and a porosity of 100 ⁇ m, is impregnated with polybrene (PB) supplied by the SIGMA Company
  • the anion exchange film support is brought into contact with, impregnated with, a concentrated solution of sodium hexacyanoferrate II (50 g / 1) in water (no buffer); - the support is then rinsed with demineralized water; a copper hexacyanoferrate (II) is formed on the film surface by adding an aqueous solution of 2.10 "2 M copper (II) nitrate in demineralized water;
  • the ion-exchange polymer is a polyethyleneimine (PEI) supplied by the company Sigma Aldrich.
  • PEI polyethyleneimine
  • Example 1A The procedure is the same as in Example 1A, except that the polymer produced is different and crosslinked in a fluidized bed.
  • the elementary analysis of the final product obtained is also given in Table I below.
  • Elemental composition of the materials prepared according to the invention based on copper hexacyanoferrate (the percentages are percentages by mass per g of silica)
  • the material was prepared in “batch” as follows:
  • silica support (Silica Gel 100 ®) supplied by the company Merck® having a particle size of 0.063 to 0.200 mm, and a porosity of 100 .mu.m, is impregnated with polyethylimine (PEI) supplied by SIGMA ALDRICH ® Company, contacting in “batch” for a period of 10 h in a solution at 15% by mass of polymer in demineralized water, and then crosslinked for 2 h at reflux at 60 ° C. with an agent crosslinking the diglycidyl ether of the 1-4 butane diol (BUDGE) sold by the company Aldrich - The support thus coated is rinsed with demineralized water, and dried under vacuum;
  • PKI polyethylimine
  • the anion exchange film support is brought into contact in “batch” with, impregnated with, a concentrated solution of sodium hexacyanoferrate II (50 g / 1) in water for 4 h; the support is then rinsed with demineralized water; a copper hexacyanoferrate (II) is formed on the film surface by addition of an aqueous solution of 2.10 "2 M copper (II) nitrate in demineralized water for 4 h; the excess of hexacyanoferrate (II) is eliminated by washing with a 2 M sodium nitrate solution, then a 0.1 M nitric acid solution and then with demineralized water.
  • the procedure for preparing the material is mixed: it was prepared in "batch” and in column with packing of the phase (which is different from the fluidized bed according to the invention), as follows: - a silica support (Silica Gel 100 ® ) supplied by the company Merck®, having a particle size of 0.063 to 0.200 mm, and a porosity of 100 ⁇ m, is impregnated with polyethylimine (PEI) supplied by the company SIGMA ALDRICH ® , by placing in “batch” contact for a period of 10 h in a solution at 15% by mass of polymer in demineralized water, and then crosslinked for 2 h at reflux at 60 ° C. with an agent crosslinking the diglycidyl ether of 1-4 butane diol (BUDGE) sold by the company Aldrich
  • the anion exchanger film support is packed in a column and brought into contact and impregnated by percolation at a low flow rate ranging from
  • Kd the higher the value of Kd, the more the Cs * is retained in the solid phase.
  • a Kd value greater than 10,000 for contact times of 24 h represents an excellent affinity of cesium for the solid phase.
  • the radioactive effluents treated are real effluents from the OSIRIS cell of the SACLAY nuclear studies center, the characteristics of which relating to radioactivity are mentioned in Table II.
  • it is the water for cooling the cell which is designated by “OSI” in the table and whose pH is neutral, and on the other hand the rinsing, regeneration, resins solution. which is designated by “BF6” in the table and which is constituted by a 0.1 M nitric acid solution.
  • OSI water for cooling the cell
  • BF6 rinsing, regeneration, resins solution.
  • a 134 Cs tracer was added to the OSI solution.
  • the solution is filtered, its radioactivity is measured by gamma spectrometry and is compared with that of the starting solution.
  • Kd the higher the value of Kd, the more the Cs + is retained in the solid phase.
  • Radioactive solution which is an “OSI” solution, or a “BF6” solution as defined above
  • OSI an “OSI” solution
  • BF6 a “BF6” solution as defined above
  • the decontamination factor is the activity of the solution before passing over the phase over the activity of the solution after passing over the phase (3).
  • the first filter is a frit which retains particles larger than 20 ⁇ m
  • the next is a filter with lower porosity.
  • a peristaltic pump placed in series draws at a flow rate of 1.5 to 5 mL / min. the solution to a stainless steel column (30 * 5 mm) containing 1 g of composite. This column is closed at each end by a frit and shielded over its entire height by a leaden castle with a thickness of 5 cm.
  • 50 ml of eluate are collected in a bottle of eluate every 250 ml of treated solution.
  • the entire assembly is placed in a retention tank with a volume of 10 mL.
  • the radioactivity of the eluates, as well as of the control, is then measured by gamma spectrometry.
  • the product prepared in "batch” has a decontamination coefficient much lower than that of the products synthesized in a fluidized bed, in accordance with the invention.

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Abstract

The invention concerns a method for making a composite solid material based on metal hexacyanoferrate fixing mineral pollutants, comprising a solid support coated with an anion-exchanging polymer whereto is fixed an insoluble metal hexacyanoferrate forming a thin layer, said method essentially comprising at least a step which consists in contacting said solid support with at least a liquid reagent and at least a washing step with a washing liquid. The invention is characterized in that all the steps of the method are carried out continuously in one and the same vessel, such as a column, wherein the support forms a fluidized bed whereof the fluidization is provided by at least a washing reagent or liquid.

Description

PROCEDE DE PREPARATION D'UN MATERIAU SOLIDE COMPOSITE PROCESS FOR THE PREPARATION OF A COMPOSITE SOLID MATERIAL
A BASE D'HEXACYANOFERRATES,.BASED ON HEXACYANOFERRATES ,.
ET PROCEDE DE FIXATION DE POLLUANTS MINERAUXAND METHOD FOR FIXING MINERAL POLLUTANTS
LE METTANT EN OEUVREIMPLEMENTING IT
DESCRIPTIONDESCRIPTION
La présente invention a trait à un procédé de préparation d'un matériau solide composite fixant des polluants minéraux à base d'hexacyanoferrâtes insolubles.The present invention relates to a process for the preparation of a solid composite material fixing mineral pollutants based on insoluble hexacyanoferrates.
Plus précisément, la présente invention a trait à un procédé de préparation d'un matériau solide composite fixant des polluants minéraux, à base d'hexacyanoferrâtes et de polymères cationiques, déposés en couche pelliculaire sur un support. De manière encore plus précise, la présente invention concerne un procédé de préparation d'un matériau solide composite fixant des polluants minéraux formés d'un support solide mécaniquement et chimiquement stable, revêtu d'une pellicule d'un polymère échangeur d'anions, auquel est fixée une couche mince d' hexacyanoferrate insoluble.More specifically, the present invention relates to a process for the preparation of a composite solid material fixing mineral pollutants, based on hexacyanoferrates and cationic polymers, deposited in a film layer on a support. Even more precisely, the present invention relates to a process for the preparation of a composite solid material fixing mineral pollutants formed from a mechanically and chemically stable solid support, coated with a film of an anion exchange polymer, to which a thin layer of insoluble hexacyanoferrate is fixed.
La présente invention a également trait à un procédé de fixation d'au moins un polluant minéral contenu dans une solution sur ledit matériau solide composite fixant des polluants minéraux.The present invention also relates to a method for fixing at least one mineral pollutant contained in a solution on said composite solid material fixing mineral pollutants.
De nombreux fixateurs minéraux ont été utilisés pour la fixation de divers polluants minéraux tels que des cations métalliques contenus dans les milieux et effluents divers issus de diverses industries et en particulier de l'industrie nucléaire.Numerous mineral fixatives have been used for fixing various mineral pollutants such as metal cations contained in various media and effluents from various industries and in particular from the nuclear industry.
En effet, l'industrie nucléaire utilise pour le traitement des effluents de faible ou moyenne radioactivité des techniques d'épuration avec réduction de volume consistant dans la fixation sur solide minéral des radio isotopes présents dans les solutions. Les volumes traités actuellement sont énormes et atteignent plusieurs dizaines de milliers de m3/an pour la France. Les liquides traités sont également de nature variée puisqu'il s'agit aussi bien de traiter les eaux de refroidissement des centrales nucléaires que les effluents divers entrant en contact avec des radio isotopes tels que toutes les eaux de lavage, les solutions de régénération des résines etc...Indeed, the nuclear industry uses for the treatment of effluents of low or medium radioactivity purification techniques with volume reduction consisting in the fixation on mineral solid of the radioisotopes present in the solutions. The volumes currently treated are enormous and reach several tens of thousands of m 3 / year for France. The liquids treated are also varied in nature since it involves treating the cooling water from nuclear power plants as well as the various effluents coming into contact with radioisotopes such as all washing water, resin regeneration solutions etc ...
Les hexacyanoferrates notamment les hexacyanoferrâtes (II) de Cu, Ni et Co sont parmi les fixateurs minéraux les plus couramment utilisés, en particulier dans l'industrie nucléaire en raison de l'affinité élevée qu'ils possèdent vis-à-vis du césium. Les fixateurs inorganiques de type hexacyanoferrate ont donc notamment été mis en oeuvre pour séparer, récupérer et fixer les ions métalliques et en particulier les ions de métaux alcalins radioactifs tels que le césium 137 à longue demi-vie à partir de divers effluents industriels et nucléaires, par exemple à partir des solutions fortement acides issues du retraitement des combustibles irradiés et des solutions déjà citées plus haut. Actuellement, les hexacyanoferrates insolubles entrent ainsi dans la plupart des procédés de traitement des déchets radioactifs liquides par coprécipitation.The hexacyanoferrates, in particular the hexacyanoferrates (II) of Cu, Ni and Co are among the most commonly used mineral fixers, in particular in the nuclear industry because of the high affinity they have for cesium. Inorganic fixing agents of the hexacyanoferrate type have therefore in particular been used to separate, recover and fix the metal ions and in particular the radioactive alkali metal ions such as cesium 137 with long half-life from various industrial and nuclear effluents, for example from strongly acid solutions resulting from the reprocessing of irradiated fuels and from the solutions already mentioned above. Currently, insoluble hexacyanoferrates are used in most processes treatment of liquid radioactive waste by co-precipitation.
Le document FR-A-2 765 812 décrit le mode de préparation et d'utilisation en colonne d'un matériau composé d' hexacyanoferrate métallique fixé sur un support solide chimiquement et mécaniquement stable, revêtu d'une pellicule mince de polymères organiques échangeurs d'anions pour la fixation d'au moins un polluant minéral, issu en particulier d'un liquide ou d'un effluent de l'industrie nucléaire. Le produit, tout d'abord préparé, puis conditionné sous forme de colonne, permet la fixation totale et irréversible du césium 137.The document FR-A-2 765 812 describes the method of preparation and use in column of a material composed of metallic hexacyanoferrate fixed on a solid support chemically and mechanically stable, coated with a thin film of organic polymers exchangers of anions for fixing at least one mineral pollutant, in particular from a liquid or an effluent from the nuclear industry. The product, first prepared, then packaged in the form of a column, allows the total and irreversible fixation of cesium 137.
Dans ce matériau, l'anion hexacyanoferrate est adsorbé sur le polymère échangeur d' anions recouvrant un support solide sous forme de pellicule, par des interactions de type électrostatique et, de ce fait, adhère fortement au support. Cette liaison met en jeu des phénomènes d'adsorption dans les pores comme dans les hexacyanoferrates imprégnés. Le dépôt deIn this material, the hexacyanoferrate anion is adsorbed on the anion exchange polymer covering a solid support in the form of a film, by interactions of electrostatic type and, therefore, strongly adheres to the support. This bond involves adsorption phenomena in the pores as in the impregnated hexacyanoferrates. The deposit of
1 ' hexacyanoferrate est effectué uniformément sur toute la surface modifiée du support. Tous les sites d'échanges possibles du polymère sont échangés, la composition et les propriétés du matériau sont parfaitement contrôlées et reproductibles au contraire des matériaux de l'art antérieur. Il n'existe plus à la surface du matériau d' hexacyanoferrates résiduels susceptibles d'être relarguês et perturbant par la suite le processus de fixation. Le matériau présente une surface de contact du même ordre de grandeur que la surface spécifique du support sélectionné, ainsi la réactivité de 1' hexacyanoferrate de cuivre est accrue.1 hexacyanoferrate is carried out uniformly over the entire modified surface of the support. All the possible exchange sites for the polymer are exchanged, the composition and properties of the material are perfectly controlled and reproducible, unlike the materials of the prior art. There is no longer any residual hexacyanoferrates on the surface capable of being released and subsequently disturbing the fixing process. The material has a contact surface of the same order of magnitude as the specific surface of the selected support, thus the reactivity of the copper hexacyanoferrate is increased.
Le coefficient de distribution du césium est élevé (Kd > 100 000) et comparable à ceux des hexacyanoferrates imprégnés avec des quantités d'hexacyanoferrate de 1 à 2 % en masse par rapport à la masse de support. C'est en particulier la raison pour laquelle "il est possible de stocker facilement le matériau de ce document qui est stable et essentiellement minéral. Le procédé de fixation d'au moins un cation métallique (par exemple Cs+) peut être mis en œuvre de manière séparée, soit en mode « colonne », soit en mode « batch », sous agitation.The distribution coefficient of cesium is high (Kd> 100,000) and comparable to those of hexacyanoferrates impregnated with quantities of hexacyanoferrate of 1 to 2% by mass relative to the mass of support. This is in particular the reason why " it is possible to easily store the material of this document which is stable and essentially mineral. The method of fixing at least one metal cation (for example Cs + ) can be implemented separately, either in "column" mode or in "batch" mode, with stirring.
Toutefois, dans ce document, à l'instar de nombreux documents de l'art antérieur, le procédé de synthèse, puis de fixation, de décontamination, fait appel à un processus en discontinu nécessitant plusieurs étapes avec transfert de solvants et de réactifs. C'est ainsi que c'est seulement une fois que le précipité d'hexacyanoferrate de métal est synthétisé, qu'il est mis en colonne pour la dêcontamination des effluents.However, in this document, like many documents of the prior art, the process of synthesis, then of fixing, of decontamination, calls for a batch process requiring several stages with transfer of solvents and reagents. It is thus that it is only once the precipitate of metal hexacyanoferrate is synthesized, that it is put in column for the decontamination of the effluents.
En outre, dans la publication de brevet précité, pour obtenir une bonne adhérence, une bonne tenue du polymère sur le support et un film stable sur ce même support, il est dans la plupart des cas nécessaire de rëticuler le polymère par liaison covalente sur ledit support. Une réticulation est en particulier indispensable pour obtenir un film stable, adhérant au support, tel que la silice, avec des polymères, tels que les polyéthylèneimines (PEI) et les polyvinylimidazoles (PVI) . Or, ces étapes de réticulation et/ou de fixation par liaison covalente ou greffage pour obtenir l'immobilisation du polymère, par exemple de la PEI sur le support sont longues et difficiles. En effet, ces étapes se font en mode discontinu « batch » en milieu organique avec des temps de réaction allant jusqu'à 48 heures et nécessitent au préalable un séchage sous vide du support .Furthermore, in the aforementioned patent publication, in order to obtain good adhesion, good behavior of the polymer on the support and a stable film on this same support, it is in most cases necessary to cross-link the polymer by covalent bond on said support. Crosslinking is in particular essential in order to obtain a stable film, adhering to the support, such as silica, with polymers, such as polyethyleneimines (PEI) and polyvinylimidazoles (PVI). However, these crosslinking and / or fixing steps by covalent bonding or grafting to obtain the immobilization of the polymer, for example PEI on the support are long and difficult. In fact, these stages are carried out in batch mode in an organic medium with reaction times of up to 48 hours and require drying of the support in vacuo beforehand.
Par ailleurs, certains documents, tels que le document de M. T. GANZELI VA ENTINI, R. STELLA, L. MAGGI, J. of Radioanalytical and nuclear che istry, 114, n° 1, 1987, 105-112, font état de procédés dans lesquels la synthèse est réalisée en colonne sur des supports minéraux, tel que la silice, ces procédés reposant sur le principe d'une percolation de réactifs à faibles débits nécessitant un tassement du support solide.In addition, certain documents, such as the document by MT GANZELI VA ENTINI, R. STELLA, L. MAGGI, J. of Radioanalytical and nuclear che istry, 114, n ° 1, 1987, 105-112, mention processes in which the synthesis is carried out in column on mineral supports, such as silica, these processes resting on the principle of percolation of reagents at low flow rates requiring a packing of the solid support.
Dans ces procédés, les réactifs, tels que le sulfate de cuivre et le ferrocyanure de sodium, sont auparavant mélangés pour former un hexacyanoferrate mixte formé de cuivre, de sodium et de potassium. Cet hexacyanoferrate est ensuite introduit à très faible débit dans une colonne contenant le support minéral . Une fois la fixation de l' hexacyanoferrate effectuée sur la silice, un certain nombre d'étapes de purifications sont faites en « batch », obligeant ainsi à avoir recours à une nouvelle mise en colonne pour la dêcontamination.In these methods, the reactants, such as copper sulphate and sodium ferrocyanide, are previously mixed to form a mixed hexacyanoferrate formed of copper, sodium and potassium. This hexacyanoferrate is then introduced at very low flow rate into a column containing the mineral support. Once the hexacyanoferrate has been fixed on the silica, a certain number of purification steps are carried out in “batch”, thus forcing recourse to a new column setting for decontamination.
Lorsque des ions de métal, tels que les ions cuivriques sont complexés par le polymère, des problèmes de relargage ultérieur de ces ions, à partir du matériau solide composite, ont été observés, nécessitant de longues étapes de lavage après contact du support avec le sel de métal , tel que le nitrate de cuivre . Un autre document de A. A. KOPYRIN, A. K;When metal ions, such as cupric ions are complexed by the polymer, problems of subsequent release of these ions, from solid composite material have been observed, requiring long washing steps after contact of the support with the metal salt, such as copper nitrate. Another document by AA KOPYRIN, A. K;
PYARTMAN and al., Radiochemistry, 42, n° 1, 2000, 83-85, décrit que seule la fixation de 1 'hexacyanoferrate se fait en colonne, tandis qu'ensuite, la précipitation, ainsi que la purification, se font en « batch » avec des temps de réaction lents, puisqu'ils sont de l'ordre de sept jours .PYARTMAN et al., Radiochemistry, 42, n ° 1, 2000, 83-85, describes that only the fixation of the hexacyanoferrate is done in column, while then, the precipitation, as well as the purification, is done in " batch ”with slow reaction times, since they are of the order of seven days.
L'inconvénient majeur de ces procédés est qu'une seule et unique étape de synthèse est réalisée à la fois dans une même colonne, à savoir la fixation du ferrocyanure, qui est en général l'étape la plus simple de la synthèse, tandis que plusieurs étapes de cette même synthèse sont mises en œuvre en batch, notamment les étapes les plus fastidieuses, telles que les purifications. Le produit obtenu nécessite ensuite, encore, une étape de séchage à haute température pour éliminer les cyanures en excès. La décontamination exige à nouveau une remise en colonne du produit. Un autre inconvénient peut être cité : dans la colonne - qui, insistons sur ce fait, est dans tous les procédés de l'art antérieur, une colonne à lit fixe, tassée - il peut exister des chemins préférentiels, qui seraient susceptibles de provoquer un dépôt non homogène d' hexacyanoferrate de mëta1. II ressort de ce qui précède qu'il existe un besoin pour un procédé de préparation d'un matériau solide composite fixant des polluants minéraux à base d'hexacyanoferrate de métal, comprenant un support solide revêtu d'une pellicule d'un polymère échangeur d'anions, auquel est fixé un hexacyanoferrate de .métal insoluble formant une couche mince, qui puisse être réalisé entièrement en continu.The major drawback of these methods is that a single synthesis step is carried out at the same time in the same column, namely the fixing of the ferrocyanide, which is generally the simplest step of the synthesis, while several stages of this same synthesis are implemented in batch, in particular the most tedious stages, such as the purifications. The product obtained then requires, again, a high temperature drying step to remove excess cyanides. Decontamination again requires the product to be re-columned. Another drawback can be cited: in the column - which, we insist on this fact, is in all the processes of the prior art, a column with a fixed, packed bed - there may exist preferential paths, which would be liable to cause a inhomogeneous deposition of meta1 hexacyanoferrate. It appears from the above that there is a need for a process for preparing a material composite solid fixing mineral pollutants based on metal hexacyanoferrate, comprising a solid support coated with a film of an anion exchange polymer, to which is fixed an insoluble metal hexacyanoferrate forming a thin layer, which can be produced fully continuous.
Il existe, en particulier, un besoin pour un procédé de préparation d'un matériau solide composite fixant les polluants, qui puisse être mis en œuvre en continu dans une seule et même enceinte, qui soit simple, fiable, et qui comporte soit un nombre limité d'étapes, toutes réalisées en continu.There is, in particular, a need for a process for preparing a composite solid material fixing the pollutants, which can be implemented continuously in a single and same enclosure, which is simple, reliable, and which comprises either a number limited number of stages, all carried out continuously.
Ce procédé doit, en outre, permettre de préparer un matériau dont les propriétés sont stables, parfaitement contrôlées et sans variations aléatoires, et dans lequel le polymère est fixé de manière adhérente et stable au support, même sans avoir recours à des opérations de greffage et/ou réticulation compliquées et longues et réalisées en mode « batch ». II est bien évident que le matériau préparé par le procédé doit également satisfaire aux critères et exigences qui sont pour la plupart déjà satisfaits par le matériau composite solide de l'art antérieur représenté par FR-A-2 765 812. En particulier, ce matériau doit être chimiquement et mécaniquement stable pour pouvoir être ainsi conditionné en colonne permettant une mise en oeuvre en continu du procédé de fixation, de polluants, de décontamination. Le matériau solide composite fixant des polluants minéraux doit également avoir d'excellentes propriétés de fixation, en particulier de décontamination, c'est-à-dire analogues, voire supérieures notamment à celles des hexacyanoferrates non imprégnés sur un support . Le matériau solide fixant des polluants minéraux doit aussi associer une bonne stabilité mécanique à une vitesse de réaction élevée à l'opposé des produits sous forme compacte dont la faible surface spécifique conduit à des vitesses de réaction lentes. Autrement dit, le matériau solide fixant des polluants minéraux, à base d' hexacyanoferrates de métal doit présenter entre autres des stabilités mécaniques et chimiques excellentes, un fort coefficient d'affinité ou de décontamination, une grande rêactivité, ainsi qu'une bonne sélectivité.This process must, moreover, make it possible to prepare a material whose properties are stable, perfectly controlled and without random variations, and in which the polymer is fixed in an adherent and stable manner to the support, even without resorting to grafting operations and / or complicated and long crosslinking and carried out in "batch" mode. It is obvious that the material prepared by the process must also meet the criteria and requirements which are for the most part already satisfied by the solid composite material of the prior art represented by FR-A-2 765 812. In particular, this material must be chemically and mechanically stable in order to be able to be thus conditioned in a column allowing continuous implementation of the fixing process, of pollutants, of decontamination. The solid composite material fixing mineral pollutants must also have excellent fixing properties, in particular of decontamination, that is to say analogous, or even superior in particular to those of hexacyanoferrates not impregnated on a support. The solid material fixing mineral pollutants must also combine good mechanical stability with a high reaction speed, unlike products in compact form, the low specific surface of which leads to slow reaction rates. In other words, the solid material fixing mineral pollutants, based on metal hexacyanoferrates must present among other things excellent mechanical and chemical stabilities, a high coefficient of affinity or of decontamination, a great reactivity, as well as a good selectivity.
Ces propriétés doivent être obtenues avec une quantité minimale de fixateur minéral de type hexacyanoferrates de métal .These properties must be obtained with a minimum quantity of mineral fixer of the hexacyanoferrate type of metal.
De plus, en particulier dans le cas de la fixation d'éléments radioactifs, il faut que le matériau solide composite fixant des polluants minéraux puisse être aisément stocké et/ou vitrifié sans risque par les procédés connus.In addition, in particular in the case of the fixing of radioactive elements, the composite solid material fixing mineral pollutants must be able to be easily stored and / or vitrified without risk by known methods.
Enfin, le matériau préparé par ce procédé doit présenter une composition et des propriétés parfaitement reproductibles et contrôlées.Finally, the material prepared by this process must have a composition and properties that are perfectly reproducible and controlled.
La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de préparation d'un matériau solide composite fixant des polluants minéraux à base d'hexacyanoferrates de métal, qui ne présente pas les inconvénients, défauts, désavantages, et limitations des procédés de préparation des matériaux solides composites fixant des polluants minéraux de l'art antérieur, tel que représenté essentiellement par le document FR-A-2 765 812, qui surmonte les problèmes des procédés de l'art antérieur et qui remplisse, entre autres, l'ensemble des besoins mentionnés plus haut.The present invention therefore aims to provide a process for the preparation of a composite solid material fixing mineral pollutants based on metal hexacyanoferrates, which does not have the drawbacks, defects, disadvantages, and limitations processes for the preparation of composite solid materials fixing mineral pollutants of the prior art, as represented essentially by the document FR-A-2 765 812, which overcomes the problems of the processes of the prior art and which fulfills, inter alia , the set of needs mentioned above.
La présente invention a aussi pour but de fournir un procédé de fixation d'au moins un polluant minéral contenu dans une solution qui met en œuvre ledit matériau solide composite et qui puisse être réalisé en continu, avec notamment une durée réduite, et une grande efficacité.The present invention also aims to provide a method for fixing at least one mineral pollutant contained in a solution which uses said composite solid material and which can be carried out continuously, in particular with a reduced duration and a high efficiency. .
Ce but, et d'autres encore, sont atteints, conformément à l'invention, par un procédé de préparation d'un matériau solide composite fixant des polluants minéraux, à base d' hexacyanoferrate de métal, comprenant un support solide revêtu d'une pellicule d'un polymère échangeur d'anions auquel est fixé un hexacyanoferrate de métal insoluble formant une couche mince, ledit procédé comprenant essentiellement au moins une étape de mise en contact dudit support solide avec au moins un réactif liquide, et éventuellement au moins une étape de lavage, avec un liquide de l-avage, caractérisé en ce que l'ensemble des étapes du procédé est réalisé en continu dans un seul et même récipient, tel qu'une colonne, dans lequel le support forme un lit fluidisé dont la fluidisation est assurée par ledit au moins un réactif ou liquide de lavage.This object, and others still, are achieved, in accordance with the invention, by a process for the preparation of a composite solid material fixing mineral pollutants, based on metal hexacyanoferrate, comprising a solid support coated with a film of an anion exchange polymer to which is fixed an insoluble metal hexacyanoferrate forming a thin layer, said method essentially comprising at least one step of bringing said solid support into contact with at least one liquid reagent, and optionally at least one step washing, with an avage liquid, characterized in that all of the process steps are carried out continuously in a single container, such as a column, in which the support forms a fluidized bed, the fluidization of which is provided by said at least one reagent or washing liquid.
Le procédé selon l'invention est réalisé intégralement en continu, dans un seul et même récipient, tel qu'une colonne, cela signifie qu'il n'y a pas de transfert du matériau d'un récipient à un autre durant le procédé, que toutes les étapes de la préparation sont réalisées, successivement, en continu, sans rupture, sans interruption, au contraire des procédés de l'art antérieur, où certaines étapes sont réalisées en mode « batch », et d'autres sont réalisées en continu avec chaque fois un changement de récipient, et un transfert du matériau.The process according to the invention is carried out entirely continuously, in a single container, such as a column, this means that there is no there is no transfer of the material from one container to another during the process, that all the stages of preparation are carried out, successively, continuously, without breaking, without interruption, unlike the processes of the prior art, where certain stages are carried out in “batch” mode, and others are carried out continuously with each time a change of container, and a transfer of the material.
Il en résulte un important gain de temps, tandis que les rendements et les capacités de production obtenus sont considérablement plus élevés.This results in significant time savings, while the yields and production capacities obtained are considerably higher.
Le procédé selon l'invention permet de préparer des quantités de matériau importantes, par exemple pouvant aller jusqu'à des centaines de kilogrammes, en un temps de réaction relativement court .The method according to the invention makes it possible to prepare large quantities of material, for example up to hundreds of kilograms, in a relatively short reaction time.
En outre, ce procédé est simple car il ne fait intervenir qu'un seul récipient, et fiable, la technique de la fluidisation étant une technique connue et éprouvée.In addition, this process is simple because it only involves a single container, and reliable, the fluidization technique being a known and proven technique.
Par « ensemble, des étapes du procédé », on entend que toutes les étapes du procédé sont réalisées dans le même récipient, par exemple une colonne (mais ce récipient pourrait aussi prendre d'autres formes). Le terme « préparation » recouvre, de manière générale, toute opération visant à obtenir le matériau visé, à savoir synthèse, purification, ou autre. Un tel procédé comprend cependant essentiellement au moins une étape de mise en contact du support solide avec au moins un réactif liquide et au moins une étape de lavage avec un liquide de lavage. Conformément à l'invention, au cours du procédé, le support solide forme un lit fluidise dont la fluidisation est assurée par ledit au moins un réactif liquide ou liquide de lavage. La fluidisation est assurée généralement par un très fort débit (80 à 280 mL/min) de ce réactif ou liquide de lavage envoyé dans le lit préalablement fixe de support solide, à contre-courant de bas en haut dans le lit de support solide. La synthèse du matériau, et en particulier le dépôt de 1 'hexacyanoferrate de métal insoluble sur le support, est grandement facilitée par la mise en œuvre du lit fluidisé, qui assure à la fois la réaction chimique, ainsi qu'un mouvement perpétuel du support. Le procédé selon l'invention permet, en particulier, d'obtenir un dépôt homogène, uniforme, d' hexacyanoferrate de métal sur le support solide revêtu de polymère cationique obtenu dans le même récipient, lors de l'étape précédente du même procédé en continu.By “together, process steps”, it is meant that all the process steps are carried out in the same container, for example a column (but this container could also take other forms). The term "preparation" generally covers any operation aimed at obtaining the targeted material, namely synthesis, purification, or the like. Such a method however essentially comprises at least one step of bringing the solid support into contact with at least one liquid reagent and at least one step of washing with a washing liquid. According to the invention, during the process, the solid support forms a fluidized bed, the fluidization of which is ensured by said at least one liquid reagent or washing liquid. Fluidization is generally ensured by a very high flow rate (80 to 280 ml / min) of this reagent or washing liquid sent into the previously fixed bed of solid support, against the current from bottom to top in the bed of solid support. The synthesis of the material, and in particular the deposition of the insoluble metal hexacyanoferrate on the support, is greatly facilitated by the implementation of the fluidized bed, which ensures both the chemical reaction, as well as a perpetual movement of the support. . The method according to the invention allows, in particular, to obtain a homogeneous, uniform deposit of metal hexacyanoferrate on the solid support coated with cationic polymer obtained in the same container, during the previous step of the same continuous process .
L'uniformité du dépôt sur le support, grâce à la mise en œuvre du lit fluidisé, ne nécessite plus de tassement de celui-ci et évite les problèmes dus aux chemins préférentiels rencontrés dans l'art antérieur. Le matériau préparé par le procédé selon l'invention, essentiellement du fait de la mise en œuvre d'un lit fluidisé lors de sa préparation, présente ainsi des propriétés inhérentes, améliorées, par rapport à l'art antérieur, dans lequel la préparation du matériau n'est pas réalisée intégralement en continu dans une seule et même colonne, et en lit fluidisé.The uniformity of the deposit on the support, thanks to the implementation of the fluidized bed, no longer requires compaction thereof and avoids the problems due to the preferential paths encountered in the prior art. The material prepared by the process according to the invention, essentially due to the use of a fluidized bed during its preparation, thus has inherent, improved properties, compared to the prior art, in which the preparation of the material is not made fully continuous in a single column, and in a fluidized bed.
Comme on l'a déjà indiqué plus haut, le matériau préparé par le procédé selon l'invention est revêtu d'une couche homogène et uniforme de l' hexacyanoferrate, ce qui n'est pas le cas dans les matériaux analogues de 1 ' art antérieur préparés en mode « batch » et, qui plus est, sans mettre en œuvre de lit fluidisé. II a été également constaté que le matériau préparé par le procédé de l'invention présentait des constantes de distribution, par exemple vis-à-vis d'une solution chargée en césium radioactif, bien supérieures à celles obtenues avec les produits préparés en mode « batch », par exemple de 104 mL/g au lieu de 103 mL/g.As already indicated above, the material prepared by the process according to the invention is coated with a homogeneous and uniform layer of hexacyanoferrate, which is not the case in analogous materials of the art anterior prepared in "batch" mode and, moreover, without using a fluidized bed. It was also noted that the material prepared by the process of the invention exhibited distribution constants, for example with respect to a solution loaded with radioactive cesium, much higher than those obtained with the products prepared in " batch ”, for example 10 4 mL / g instead of 10 3 mL / g.
Outre ces propriétés améliorées et avantages liées fondamentalement à son mode de préparation spécifique, le matériau selon l'invention a une structure sensiblement analogue à celui décrit dans le document FR-A-2 765 812, à savoir, le matériau préparé par le procédé selon l'invention présente une structure spécifique dans laquelle le fixateur minéral en tant que tel, c'est-à-dire 1 ' hexacyanoferrate de métal, se présente sous la forme d'une couche mince qui est immobilisée sur une phase polymérique fixée sur un support, ledit support étant solide et avantageusement, chimiquement et mécaniquement stable, et étant protégé et isolé de l'action du milieu par la couche sous- jacente de polymère. De ce fait, le matériau préparé selon l'invention est également chimiquement et mécaniquement stable et associe ces stabilités à une vitesse de réaction élevée, et est parfaitement adapté à un conditionnement • en colonne pour la fixation, la décontamination. On verra plus loin que, en fait, cette colonne est, de préférence, avantageusement selon l'invention la même que celle dans laquelle le matériau est préparé.In addition to these improved properties and advantages fundamentally linked to its specific method of preparation, the material according to the invention has a structure substantially similar to that described in document FR-A-2 765 812, namely, the material prepared by the process according to the invention has a specific structure in which the mineral fixer as such, ie the metal hexacyanoferrate, is in the form of a thin layer which is immobilized on a polymer phase fixed on a support, said support being solid and advantageously, chemically and mechanically stable, and being protected and isolated from the action of the medium by the underlying polymer layer. Therefore, the material prepared according to the invention is also chemically and mechanically stable and combines these stabilities with a high reaction rate, and is perfectly suited for column packaging • for fixing and decontamination. It will be seen later that, in fact, this column is preferably advantageously according to the invention the same as that in which the material is prepared.
A titre d'exemple,' la stabilité mécanique du matériau préparé selon l'invention s'est révélée parfaite sur colonne, après lavage à l'eau pure pendant plusieurs jours, correspondant à plus de 10 000 volumes de colonne .For example, 'the mechanical stability of the material prepared according to the invention has proved perfect column, after washing with pure water for several days, corresponding to more than 10,000 column volumes.
Dans le matériau préparé selon l'invention, l'anion hexacyanoferrate est adsorbé sur le polymère, par des interactions de type électrostatique, et de ce fait adhère fortement au support .In the material prepared according to the invention, the hexacyanoferrate anion is adsorbed on the polymer, by interactions of electrostatic type, and therefore strongly adheres to the support.
La liaison qui existe entre la partie anionique de l' hexacyanoferrate de métal, et le support revêtu du polymère échangeur d'anions, est une liaison de type électrostatique, qui n'est pas une liaison faible de nature mécanique mettant essentiellement en jeu des phénomènes d'adsorption dans les pores comme c'est le cas dans les hexacyanoferrates imprégnés, par exemple sur un gel de silice. Le dépôt de 1 'hexacyanoferrate est, comme on l'a déjà indiqué, effectué uniformément sur toute la surface modifiée du support.The bond which exists between the anionic part of the metal hexacyanoferrate, and the support coated with the anion exchange polymer, is an electrostatic type bond, which is not a weak bond of a mechanical nature essentially involving phenomena adsorption in the pores as is the case in impregnated hexacyanoferrates, for example on silica gel. The deposition of the hexacyanoferrate is, as already indicated, carried out uniformly over the entire modified surface of the support.
Tous les sites d'échanges possibles du polymère échangeur d'anions sont échangés, la composition et les propriétés du matériau selon l'invention sont donc parfaitement contrôlées et reproductibles. Il n'existe plus à la surface du matériau d'hexacyanoferrate résiduel, en excès, susceptible d'être relargué et perturbant par la suite ïe processus de fixation. Le matériau préparé selon l'invention présente d'autre part une surface de contact qui est du même ordre de grandeur que la surface spécifique du support choisi. En conséquence, la réactivité de 1' hexacyanoferrate est augmentée. Le coefficient de distribution du matériau préparé selon l'invention qui est de préférence de 10000 à 100000 (mg/L) pour un gramme de matériau est élevée et est comparable à celle des hexacyanoferrates massifs mais les quantités d' exacyanoferrates mises en oeuvre, sont de manière avantageuse très inférieures à celles des hexacyanoferrates imprégnés sur silice.All the possible exchange sites of the anion exchange polymer are exchanged, the composition and the properties of the material according to the invention are therefore perfectly controlled and reproducible. There is no longer any excess hexacyanoferrate material on the surface, capable of being released and disturbing the fixing process thereafter. The material prepared according to the invention also has a contact surface which is of the same order of magnitude as the specific surface of the chosen support. Consequently, the reactivity of hexacyanoferrate is increased. The distribution coefficient of the material prepared according to the invention, which is preferably 10,000 to 100,000 (mg / L) for one gram of material, is high and is comparable to that of massive hexacyanoferrates, but the amounts of exacyanoferrates used are advantageously much lower than those of hexacyanoferrates impregnated on silica.
Ainsi le matériau préparé selon l'invention comprend généralement une quantité d' hexacyanoferrate de métal fixé de 1 à 10 % en poids, de préférence de 2 à 3% en poids par rapport à la masse du support, cette valeur est à rapprocher de la valeur de 30% pour les hexacyanoferrates imprégnés sur silice cités plus haut.Thus the material prepared according to the invention generally comprises an amount of metal hexacyanoferrate fixed from 1 to 10% by weight, preferably from 2 to 3% by weight relative to the mass of the support, this value is to be compared to the 30% value for the hexacyanoferrates impregnated on silica mentioned above.
On limite la quantité de ferrocyanure qui est fixée et rejetée à l'issue de son utilisation, et on obtient la même efficacité pour une quantité par exemple dix fois moindre d'hexacyanoferrate, car tout le produit fixé est efficace.The quantity of ferrocyanide which is fixed and rejected after its use is limited, and the same efficiency is obtained for a quantity, for example ten times less, of hexacyanoferrate, since all the fixed product is effective.
C'est en particulier la raison pour laquelle, il est possible de stocker facilement le matériau préparé selon l'invention, qui est stable et essentiellement minéral, et/ou de le vitrifier ce qui était jusqu'à présent impossible avec les matériaux de l'art antérieur.This is in particular the reason why, it is possible to easily store the material prepared according to the invention, which is stable and essentially mineral, and / or to vitrify it which was previously impossible with the materials of the prior art.
De manière plus précise, le support solide peut être choisi parmi les supports connus de l'homme du métier et convenant à l'usage décrit ; ces supports solides peuvent être organiques ou minéraux et sont choisis généralement parmi les supports solides chimiquement et mécaniquement stables.More specifically, the solid support can be chosen from the supports known to those skilled in the art and suitable for the use described; these solid supports can be organic or mineral and are generally chosen from chemically and mechanically stable solid supports.
Le support sera ainsi choisi de préférence parmi les oxydes minéraux tels que la silice, l'alumine, l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, la terre de diatomées, les verres, et les zéolithes; un support préféré est la silice, aisément disponible à un coût raisonnable. Le support peut se présenter sous une forme quelconque, mais du fait qu'il doit être fluidisé, il se présentera préférentiellement sous forme de particules telles que grains, billes ou sphères ; ou de fibres . La granulométrie du support, sous forme de particules, définie par la taille des particules, c'est-à-dire le diamètre dans le cas de particules sphériques, peut varier dans de larges limites et sera généralement de 1 à 500 μm, de préférence supérieure ou égale à 10 μm, de préférence encore supérieure ou égale à 30 μm, par exemple.The support will thus preferably be chosen from mineral oxides such as silica, alumina, titanium oxide, zirconium oxide, diatomaceous earth, glasses, and zeolites; a preferred support is silica, readily available at a reasonable cost. The support may be in any form, but because it must be fluidized, it will preferably be in the form of particles such as grains, beads or spheres; or fiber. The particle size of the support, in the form of particles, defined by the size of the particles, that is to say the diameter in the case of spherical particles, can vary within wide limits and will generally be from 1 to 500 μm, preferably greater than or equal to 10 μm, more preferably still greater than or equal to 30 μm, for example.
La surface spécifique du support peut également être variable, par exemple de 10 à 500 m2/g, de préférence 30 à 500 m2/g. Le support est de préférence un support poreux pour permettre une meilleure fixation du polymère .The specific surface of the support can also be variable, for example from 10 to 500 m 2 / g, preferably 30 to 500 m 2 / g. The support is preferably a porous support to allow better fixation of the polymer.
La taille moyenne des pores du support est variable, et est de préférence de 100 à 1000 Â.The average pore size of the support is variable, and is preferably 100 to 1000 Å.
Le polymère échangeur d'anions du matériau solide composite fixant des polluants minéraux selon l'invention est issu d'un polymère organique qui a été éventuellement pourvu de groupements cationiques par tout procédé connu de l'homme du métier.The anion exchange polymer of the composite solid material fixing mineral pollutants according to the invention is derived from an organic polymer which has been optionally provided with cationic groups by any process known to those skilled in the art.
Ce polymère organique est choisi de préférence parmi les polyvinylimidazoles, les copolymères du vinylimidazole avec au moins un autre monomère par exemple un monomère vinylique, les polyéthylèneimines, les polyamines et tout polymère porteur d'un groupement cationique ou analogue ou susceptible d'en être pourvu.This organic polymer is preferably chosen from polyvinylimidazoles, copolymers of vinylimidazole with at least one other monomer, for example a vinyl monomer, polyethyleneimines, polyamines and any polymer carrying a cationic group or the like or capable of being provided with it. .
Des exemples de ces polymères sont donnés par exemple dans le document EP-A-0 225 829 et le document DE-A-30 07 869.Examples of these polymers are given for example in document EP-A-0 225 829 and document DE-A-30 07 869.
Tout polymère convient à la condition qu'il forme une pellicule, ou film très adhérent à la surface du support, par exemple par adsorption dans les pores ou par liaison covalente à l'aide d'un greffage adapté, et qu'il soit ou qu'il puisse être, porteur de groupements cationiques.Any polymer is suitable on the condition that it forms a film, or film very adherent to the surface of the support, for example by adsorption in the pores or by covalent bond using a suitable grafting, and that it is or that it can be a carrier of cationic groups.
Par ailleurs, et pour une meilleure tenue du polymère adsorbé sur le support, il est généralement préférable de procéder à une réticulation du polymère. Pour le polymère greffé, une réticulation n'est généralement pas nécessaire. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré de l'invention, le polymère est un polymère non réticulé, qui comporte en tant que groupes ëchangeurs d'anions uniquement des groupes ammonium quaternaires, et qui ne comporte pas de groupements aminés primaires, secondaires et tertiaires.Furthermore, and for better resistance of the polymer adsorbed on the support, it is generally preferable to crosslink the polymer. For the grafted polymer, crosslinking is generally not necessary. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the polymer is a non-crosslinked polymer, which comprises as anion exchanger groups only quaternary ammonium groups, and which does not contain primary, secondary and tertiary amino groups.
De préférence encore, ledit polymère cationique, échangeur d'anions est un polybrêne® ou bromure d' hexadimethrine ou encore poly (dibromure de N,N,N' ,N' -tétraméthyltriméthylènehexamêthylènediammonium) (Cι3H30Br2N2)x. N° CAS [2 8728-55-4], qui est un polymère soluble dans l'eau, largement utilisé dans les applications biochimiques et qui contient uniquement des groupements ammonium quaternaire.More preferably, said cationic polymer, the anion exchanger is a Polybrene ® or bromide hexadimethrine or poly (dibromide N, N, N ', N' -tétraméthyltriméthylènehexamêthylènediammonium) (Cι 3 H 30 Br 2 N 2) x . CAS No [2 8728-55-4], which is a water-soluble polymer, widely used in biochemical applications and which contains only quaternary ammonium groups.
La formule du polybrêne est la suivante :The polybrene formula is as follows:
Ces polymères spécifiques préférés améliorent grandement les propriétés des matériaux composites de l'art antérieur, notamment des matériaux décrits dans le document FR-A-2 765 812. Ces polymères spécifiques préférés présentent une excellente adhérence au support, tel que la silice, sans nécessiter aucune réticulation.These preferred specific polymers greatly improve the properties of the composite materials of the prior art, in particular of the materials described in document FR-A-2 765 812. These specific preferred polymers exhibit excellent adhesion to the support, such as silica, without requiring any crosslinking.
Les polymères préférés adhèrent sur le support, de manière excellente, sans réticulation ou fixation par liaison covalente. Du fait que le polymère préféré ne comporte pas de groupements primaires et secondaires et tertiaires, la formation de complexes de métaux instables est évitée, ainsi que le relargage ultérieur d'ions métalliques, tels que le cuivre, à partir du matériau.The preferred polymers adhere to the support, in an excellent manner, without crosslinking or fixing by covalent bond. Since the preferred polymer does not have primary and secondary and tertiary groups, the formation of unstable metal complexes is avoided, as well as the subsequent release of metal ions, such as copper, from the material.
De ce fait avec les polymères préférés, les propriétés du matériau composite sont parfaitement contrôlées, stables et ne subissent pas de variations aléatoires. La pellicule est fortement adhérente au support et cette pellicule est extrêmement stable. On peut penser que l'adhérence excellente des polymères préférés, tels que le polybrêne , au support, provient de l'interaction entre les NR4 + du polymère et les groupements silanols du support.Therefore with the preferred polymers, the properties of the composite material are perfectly controlled, stable and do not undergo random variations. The film is strongly adherent to the support and this film is extremely stable. It may be thought that the excellent adhesion of the preferred polymers, such as polybrene, to the support, comes from the interaction between the NR 4 + of the polymer and the silanol groups of the support.
L' hexacyanoferrate de métal qui est fixé au polymère échangeur d'anions peut être tout hexacyanoferrate connu de l'homme du métier, il peut être choisi par exemple parmi les hexacyanoferrates de cuivre, cobalt, zinc, cadmium, nickel, fer, et les hexacyanoferrates mixtes se rapportant à ces sels.The metal hexacyanoferrate which is attached to the anion exchange polymer can be any hexacyanoferrate known to those skilled in the art, it can be chosen, for example, from copper, cobalt, zinc, cadmium, nickel, iron hexacyanoferrates and the like. mixed hexacyanoferrates relating to these salts.
Il est à noter que le procédé de préparation de l'invention d'un matériau solide composite fixant les polluants minéraux, à base d' exacyanoferrate de métal, comprenant un support solide revêtu d'une pellicule d'un polymère échangeur d'anions, auquel est fixé un hexacyanoferrate de métal insoluble formant une couche mince n'est absolument pas limité à des étapes, paramètres de fonctionnement de ces étapes, réactifs, et éventuels liquides de lavage particuliers.It should be noted that the process for the preparation of the invention of a solid composite material fixing mineral pollutants, based on metal exacyanoferrate, comprising a solid support coated with a film of an exchange polymer anions, to which is fixed an insoluble metal hexacyanoferrate forming a thin layer is absolutely not limited to steps, operating parameters of these steps, reagents, and possible particular washing liquids.
Au contraire, le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre avec succès, quelles que soient les étapes impliquées par ce procédé, les conditions de ces étapes et quels que soient les réactifs et les liquides de lavage mis en œuvre, à la condition, bien sûr, que l'ensemble des étapes du procédé soit réalisé, conformément à ~1 ' invention, en continu dans un seul et même récipient, dans lequel le support forme un lit fluidisé dont la fluidisation est assurée par ledit au moins un réactif liquide ou liquide de lavage éventuel.On the contrary, the process according to the invention can be implemented successfully, whatever the steps involved in this process, the conditions of these steps and whatever the reagents and washing liquids used, provided , of course, that all steps of the method are performed, in accordance with ~ 1 the invention continuously in a single container, wherein the support forms a fluidized bed, the fluidization is provided by said at least one reagent liquid or any washing liquid.
En particulier, le procédé selon l'invention peut être, par exemple, tout procédé de préparation d'un matériau solide composite défini plus haut, dans lequel tout en conservant sensiblement les mêmes étapes, les mêmes réactifs, et les mêmes liquides de lavage, on effectue l'adaptation consistant à réaliser toutes lesdites étapes en continu dans un seul et même récipient, tel qu'une colonne, dans lequel le support forme un lit fluidisé dont la fluidisation est assurée par les réactifs liquides ou liquides de lavage éventuels .In particular, the process according to the invention can be, for example, any process for the preparation of a composite solid material defined above, in which while retaining substantially the same steps, the same reagents, and the same washing liquids, the adaptation is carried out consisting in carrying out all of said steps continuously in a single container, such as a column, in which the support forms a fluidized bed, the fluidization of which is ensured by the liquid reagents or washing liquids, if any.
Un procédé de préparation qui peut être adapté pour être réalisé conformément au procédé de l'invention, en continu, et en lit fluidisé est, par exemple, le procédé décrit dans le document FR-A-2 765 812 à la description duquel on pourra se reporter.A preparation process which can be adapted to be carried out in accordance with the process of the invention, continuously, and in a fluidized bed is, for example, the process described in the document. FR-A-2 765 812 to the description of which reference may be made.
Un tel procédé peut comporter une étape de réticulation qui est difficile et longue à réaliser avec un chauffage à environ 60°C. C'est la raison pour laquelle dans une forme préférée de réalisation de l'invention, le procédé de préparation est réalisé sans réticulation, en mettant en œuvre, de préférence, des polymères cationiques particuliers. Un tel procédé comprend les étapes successives suivantes :Such a process may include a crosslinking step which is difficult and time-consuming to carry out with heating to approximately 60 ° C. This is the reason why, in a preferred embodiment of the invention, the preparation process is carried out without crosslinking, preferably using particular cationic polymers. Such a method comprises the following successive steps:
- imprégnation d'un support solide avec une solution aqueuse d'un polymère échangeur d'anions pour former une pellicule dudit polymère sur ledit support solide ;- impregnation of a solid support with an aqueous solution of an anion exchange polymer to form a film of said polymer on said solid support;
- lavage à l'eau déminéralisée ; imprégnation du support solide ainsi revêtu d 'une pellicule de polymère échangeur d'anions, par une solution aqueuse d'hexacyanoferrate de métal alcalin; lavage à l'eau déminéralisée dudit support solide revêtu d'une pellicule de polymère échangeur d'anions auquel est fixé un hexacyanoferrate de métal alcalin; - addition d'une solution aqueuse d'un sel métallique au dit support solide revêtu, pour former un matériau solide composite fixant des polluants minéraux, comprenant le support solide revêtu d'une pellicule de polymère échangeur d'anions auquel est fixé un hexacyanoferrate de métal insoluble formant une couche mince . - lavage à l'eau déminéralisée.- washing with demineralized water; impregnation of the solid support thus coated with a film of anion exchange polymer, with an aqueous solution of alkali metal hexacyanoferrate; washing with demineralized water said solid support coated with a film of anion exchange polymer to which an alkali metal hexacyanoferrate is attached; - Adding an aqueous solution of a metal salt to said coated solid support, to form a composite solid material fixing mineral pollutants, comprising the solid support coated with a film of anion exchange polymer to which is fixed a hexacyanoferrate insoluble metal forming a thin layer. - washing with demineralized water.
Dans cette forme de réalisation du procédé de l'invention, le polymère échangeur d'anions est de préférence choisi parmi les polymères échangeurs d'anions, non réticulés, comportant en tant que groupes échangeurs d'anions uniquement des groupes ammonium quaternaires et ne comportant pas de groupements aminés primaires, secondaires et tertiaires. Les polyéthylèneimines (PEI) peuvent également être choisis mais ceci implique des étapes de rinçages intermédiaires et finales fastidieuses.In this embodiment of the process of the invention, the anion exchange polymer is preferably chosen from anion exchange polymers, non-crosslinked, comprising as anion exchange groups only quaternary ammonium groups and not comprising no primary, secondary and tertiary amino groups. Polyethyleneimines (PEI) can also be chosen, but this involves tedious intermediate and final rinsing steps.
Outre les avantages déjà mentionnés plus haut, liés à la mise en œuvre en continu et en lit fluidisé du procédé, le procédé selon l'invention dans ce mode de réalisation préféré, essentiellement grâce à l'utilisation des polymères spécifiques décrits plus haut et de préférence d'un polybrêne présente de nombreux avantages, entre autres :In addition to the advantages already mentioned above, linked to the continuous and fluidized implementation of the process, the process according to the invention in this preferred embodiment, essentially thanks to the use of the specific polymers described above and of preference of polybrene has many advantages, among others:
- l'adsorption du polymère, qui est soluble dans l'eau, se fait en milieu aqueux, à partir d'une solution aqueuse et non en milieu organique, sans séchage préalable, sous vide, du support, et ce temps de contact est réduit, par exemple à 1 heure ;the adsorption of the polymer, which is soluble in water, takes place in an aqueous medium, from an aqueous solution and not in an organic medium, without prior drying, under vacuum, of the support, and this contact time is reduced, for example to 1 hour;
- l'adhérence du polymère sur le support, tel que la silice, est stable, ce qui supprime les étapes de réticulation, réalisée à 60°C, (très longues) et de fixation par liaison covalente, en outre, l'étape de création de groupements cationiques n'existe pas non plus, puisque le polymère comporte avantageusement des le départ les groupements cationiques nécessaires. Pour le PEI il faut cependant avoir recours à une étape à pH acide pour le protonner.the adhesion of the polymer to the support, such as silica, is stable, which eliminates the steps of crosslinking, carried out at 60 ° C., (very long) and of fixing by covalent bonding, in addition, the step of creation of cationic groups does not exist either, since the polymer advantageously comprises from the outset the necessary cationic groups. For PEI, however, an acid pH step must be used to protonate it.
Autrement dit, dans cette forme de réalisation du procédé de l'invention, on obtient une pellicule de polymère fortement adhérente en une étape unique d'adsorption par simple contact, sans mise sous vide, d'une durée, par exemple, voisine de 1 heure, sans séchage préalable et réticulation, au lieu d'avoir recours à au moins trois étapes longues et difficiles dont la durée peut aller jusqu'à 48 heures, qui sont, consommatrices d'énergie et nécessitent une mise sous vide, un séchage et un chauffage. En outre :In other words, in this embodiment of the process of the invention, a strongly adherent polymer film is obtained in a single adsorption step by simple contact, without placing under vacuum, of a duration, for example, close to 1 hour, without prior drying and crosslinking, instead of having to resort to at least three long and difficult stages the duration of which can go up to 48 hours, which are energy consuming and require vacuum, drying and a heater. In addition :
- la fixation de l'anion hexacyanoferrate par imprégnation à l'aide d'une solution d' exacyanoferrate. de métal alcalin peut se faire de manière simplifiée, de préférence à partir d'eau pure ; lors de l'étape de précipitation de 1'hexacyanoferrate de métal insoluble, la formation de chélates de cuivre est évitée, car le polymère, mis en œuvre dans cette, forme préférée du procédé selon l'invention, qui est avantageusement un polybrêne®, ne comporte pas généralement de groupements aminés primaires, secondaires ou tertiaires pour écarter la formation de complexes avec le cuivre.- Fixation of the hexacyanoferrate anion by impregnation using a solution of exacyanoferrate. of alkali metal can be done in a simplified manner, preferably from pure water; when insoluble metal 1'hexacyanoferrate precipitation step, the copper chelate formation is avoided, because the polymer used in this, preferred form of the process according to the invention, which is advantageously a polybrene ®, does not generally contain primary, secondary or tertiary amino groups to prevent the formation of complexes with copper.
En d'autres termes, lors de cette étape de précipitation de l' hexacyanoferrate de métal, tel que le cuivre, il n'y a pas de formation de complexes entre le polymère, tel que le polybrêne" et les ions de métal de la solution, tel. que le cuivre, puisque les atomes d'azote sont sous la forme d'ammoniums quaternaires dépourvus de doublets libres, ce qui n'est pas le cas avec les supports, tels que la silice, traités par d'autres polymères, tels que le PEI et le PVI, ou avec les silices aminées, pour lesquelles on a observé la formation de complexes instables entre les atomes d'azote et le métal, tel que le cuivre.In other words, during this precipitation step of the metal hexacyanoferrate, such as copper, there is no formation of complexes between the polymer, such as polybrene "and the metal ions of the solution, such as copper, since the nitrogen atoms are in the form of quaternary ammoniums devoid of free doublets, which is not the case with the supports, such as silica, treated with other polymers, such as PEI and PVI, or with amino silicas, for which formation has been observed unstable complexes between nitrogen atoms and metal, such as copper.
En conséquence, dans cette forme préférée du procédé selon l'invention, et du fait qu'il n'y a pas relargage d'ions de métal à partir du matériau, les longues opérations de lavage suivant la mise en contact du support avec un sel métallique sont considérablement réduites .Consequently, in this preferred form of the process according to the invention, and the fact that there is no salting out of metal ions from the material, the long washing operations following the contacting of the support with a metal salt are greatly reduced.
L'invention concerne enfin un procédé de fixation d'au moins un polluant minéral tel qu'un cation métallique contenu dans une solution, dans lequel on prépare tout d'abord un matériau solide composite fixant les polluants minéraux, à base d' hexacyanoferrate de métal, comprenant un support solide revêtu d'une pellicule d'un polymère échangeur d'anions auquel est fixé un hexacyanoferrate de métal insoluble par le procédé décrit ci-dessus sans étape finale de séchage, puis on met en contact en continu ladite solution avec ledit matériau solide composite fixant des polluants minéraux, dans le même récipient, tel qu'une colonne, où a été préparé ledit matériau.The invention finally relates to a method for fixing at least one mineral pollutant such as a metal cation contained in a solution, in which a composite solid material fixing the mineral pollutants is first prepared, based on hexacyanoferrate from metal, comprising a solid support coated with a film of an anion exchange polymer to which an insoluble metal hexacyanoferrate is fixed by the process described above without a final drying step, then said solution is continuously contacted with said composite solid material fixing mineral pollutants, in the same container, such as a column, where said material was prepared.
Ce procédé de fixation présente l'avantage de pouvoir être réalisé en continu à la suite, de préférence, aussitôt, immédiatement après, le procédé de préparation du matériau solide composite ; ce dernier reste dans le même récipient, ce qui élimine une opération de transfert longue, difficile, ainsi que le conditionnement en colonne du matériau également long et difficile.This fixing process has the advantage of being able to be carried out continuously following, preferably, immediately, immediately after, the process for preparing the composite solid material; the latter remains in the same container, which eliminates a long, difficult transfer operation, as well as column packaging of the material also long and difficult.
En outre, la composition du produit obtenu est telle qu'il n'y a pas besoin à l'issue de la préparation d'avoir recours à une étape finale de séchage du matériau avant la décontamination, la fixation des polluants, car il n'existe pas de ferrocyanures excédentaires.In addition, the composition of the product obtained is such that there is no need at the end of the preparation to have recourse to a final stage of drying the material before decontamination, fixing the pollutants, since there is no There are no excess ferrocyanides.
En effet, dans le produit final synthétisé, la composition du produit est telle que M/Fe (M.= métal), par exemple Cu/Fe ≈ 1, alors que pour un produit synthétisé en mode « batch » Cu/Fe = 2.Indeed, in the final synthesized product, the composition of the product is such that M / Fe (M. = metal), for example Cu / Fe ≈ 1, while for a product synthesized in “batch” mode Cu / Fe = 2 .
La décontamination, la fixation peut donc être réalisée selon l'invention immédiatement après la préparation, sans séchage, dans le même appareil. La mise en contact du matériau et de la solution à dépolluer peut être effectuée dans la colonne par exemple par percolation de la solution au travers du matériau, ou bien de manière particulièrement avantageuse par l'intermédiaire d'un (dans un) lit fluidisé similaire à celui utilisé pour la synthèse du matériau, ledit lit fluidisé étant formé par le matériau solide composite dont la fluidisation est assurée par la solution contenant le polluant minéral ; c'est-à-dire que dans ce cas, c'est l'ensemble du procédé de fixation, incluant la synthèse, qui est réalisé dans le même lit fluidisé et dans le même récipient, tel qu'une colonne.Decontamination, fixing can therefore be carried out according to the invention immediately after preparation, without drying, in the same device. The contacting of the material and the solution to be depolluted can be carried out in the column for example by percolation of the solution through the material, or else in a particularly advantageous manner by means of a (in a) similar fluidized bed. to that used for the synthesis of the material, said fluidized bed being formed by the composite solid material, the fluidization of which is ensured by the solution containing the mineral pollutant; that is to say, in this case, it is the entire fixing process, including the synthesis, which is carried out in the same fluidized bed and in the same container, such as a column.
On peut dire que c'est grâce aux caractéristiques spécifiques inhérentes au procédé de préparation, se répercutant sur le matériau préparé, que le procédé de fixation peut être réalisé, de préférence, immédiatement après celui-ci dans le même récipient, de préférence aussi en lit fluidisé, sans perte de temps, transfert et autre étape de conditionneme t .We can say that it is thanks to the specific characteristics inherent in the preparation process, which affect the prepared material, that the fixing process can be carried out, preferably, immediately after this in the same container, preferably also in a fluidized bed, without loss of time, transfer and other conditioning step.
Le procédé de fixation selon l'invention est d'une grande simplicité, car il ne met en œuvre qu'un appareil, à savoir un seul récipient tel qu'une colonne, ce qui est extrêmement intéressant, en particulier, dans le cas du traitement de fluides radioactifs. De plus, la durée globale du procédé est fortement réduite.The fixing method according to the invention is very simple, because it only implements one device, namely a single container such as a column, which is extremely advantageous, in particular, in the case of the treatment of radioactive fluids. In addition, the overall duration of the process is greatly reduced.
En outre, le procédé de fixation de polluants selon l'invention présente tous les autres avantages inhérents au matériau préparé. Ces avantages étant pour l'essentiel liés à la préparation en lit fluidisé, qui ont déjà été indiqués ci-dessus, à savoir notamment des constantes de partage nettement supérieures et l'absence de chemins préférentiels. L'invention va maintenant être décrite plus en détail dans ce qui suit en faisant en particulier référence au procédé de préparation dans sa forme préférée de réalisation.In addition, the method for fixing pollutants according to the invention has all the other advantages inherent in the material prepared. These advantages being essentially linked to the preparation in a fluidized bed, which have already been indicated above, namely in particular clearly higher partitioning constants and the absence of preferential paths. The invention will now be described in more detail in the following, with particular reference to the preparation process in its preferred embodiment.
La première étape de ce procédé consiste en l'imprégnation d'un support solide avec une solution de polymère organique sur ledit support solide.The first step of this process consists in impregnating a solid support with an organic polymer solution on said solid support.
Le support solide est l'un de ceux qui ont déjà été mentionné plus haut, un support préféré étant la silice Lichrospher® 100 de la société Merck®, le polymère est également l'un des polymères préférés qui ont été cités ci-dessus, les polymères encore préférés étant un polybrêne® (PB) , de préférence un polybrêne® de masse moléculaire 4 000 à 6 000 g/moles fourni par la Société SIGMA ALDRICH® ou bien un polyéthylèneimine de masse moléculaire (10 000 g/moles) fournie par la même société.The solid support is one of those which have already been mentioned above, a preferred carrier is silica Lichrospher ® 100 from Merck ®, the polymer is also one of the preferred polymers which have been mentioned above, still preferred polymers being a polybrene ® (PB), preferably a polybrene ® of molecular mass 4,000 to 6,000 g / mol supplied by the company Sigma Aldrich ® or else a polyethyleneimine of molecular mass (10,000 g / mol) supplied by the same company .
Conformément à l'invention, ce support solide se trouve placé dans un récipient, tel qu'une colonne, et forme au début du procédé un lit fixe. La fluidisation de ce lit est créée en faisant circuler dans ce lit fixe un courant (à contre-courant) de réactif liquide ou éventuellement un liquide de lavage. Les techniques pour créer un lit fluidisé sont bien connues de l'homme du métier. De manière générale, le réactif ou liquide pénètre dans le récipient ou la colonne par un orifice d'entrée et traverse le lit fixe à un débit suffisant pour provoquer sa fluidisation, sans entraîner, toutefois, les particules dont le lit est formé et ressort par un orifice de sortie. Le récipient, tel qu'une colonne, est généralement vertical et se présente, par exemple, sous la forme d'un cylindre droit vertical, dans lequel le liquide ou réactif liquide pénètre par un orifice d'entrée prévu à la base du cylindre et traverse, en écoulement ascendant, vertical, le lit qui est ainsi fluidisé, et le liquide est évacué au sommet de la colonne, par un orifice de sortie prévu dans l'autre base du cylindre.According to the invention, this solid support is placed in a container, such as a column, and forms at the start of the process a fixed bed. The fluidization of this bed is created by circulating in this fixed bed a current (against the current) of liquid reagent or possibly a washing liquid. The techniques for creating a fluidized bed are well known to those skilled in the art. Generally, the reagent or liquid enters the container or the column by an inlet orifice and crosses the fixed bed at a rate sufficient to cause its fluidization, without entraining, however, the particles from which the bed is formed and leaves by an outlet. The container, such as a column, is generally vertical and is, for example, in the form of a straight vertical cylinder, into which the liquid or liquid reagent enters through an inlet orifice provided at the base of the cylinder and crosses, in ascending, vertical flow, the bed which is thus fluidized, and the liquid is discharged at the top of the column, through an outlet orifice provided in the other base of the cylinder.
La solution de polymère est selon un aspect avantageux de l'invention une solution dans l'eau, par exemple dans l'eau déminéralisée. La solution a généralement une concentration de 20 à 100 g/1. L'imprégnation est réalisée par mise en contact du support solide avec la solution de polymère à un débit, par exemple, de 80 à 280 mL/min, suffisant pour provoquer la fluidisation, pendant une durée suffisante, qui est selon l'invention étonnamment courte, par exemple de 1 h (au lieu de 24 à 48 heures en mode « batch ») , moyennant quoi on obtient un revêtement uniforme de polymère sur le solide qui isole et protège le support solide, qui en épouse les formes" et les porosités, et qui en conserve la surface spécifique.According to an advantageous aspect of the invention, the polymer solution is a solution in water, for example in demineralized water. The solution generally has a concentration of 20 to 100 g / l. The impregnation is carried out by bringing the solid support into contact with the polymer solution at a flow rate, for example, from 80 to 280 ml / min, sufficient to cause fluidization, for a sufficient time, which is surprisingly according to the invention short, for example 1 hour (instead of 24 to 48 hours in "batch" mode), whereby a uniform coating of polymer is obtained on the solid which isolates and protects the solid support, which follows its forms "and porosities, and which retains its specific surface.
La fixation du polymère sur le support solide est essentiellement régie par un phénomène d'adsorption avec des interactions de type électrostatiques, cette fixation est selon l'invention relativement forte sans nécessité de greffage par liaisons covalentes.The fixing of the polymer on the solid support is essentially governed by an adsorption phenomenon with interactions of electrostatic type, this fixing is according to the invention relatively strong without the need for grafting by covalent bonds.
A l'issue de cette étape, on obtient directement, ainsi un support solide revêtu d'une pellicule de polymère échangeur d'anions.At the end of this step, a solid support is thus obtained directly, coated with a film of anion exchange polymer.
Par pellicule, on entend comme déjà indiqué plus haut, un revêtement uniforme sur toute la surface du support solide et qui conserve sensiblement la surface spécifique de ce dernier. Cette pellicule a généralement une épaisseur de 2 à 3 nm.By film is meant as already indicated above, a uniform coating over the entire surface of the solid support and which substantially retains the specific surface of the latter. This film generally has a thickness of 2 to 3 nm.
On réalise ensuite, en continu, de préférence immédiatement après la première étape, un rinçage à l'eau déminéralisée du support solide revêtu d'une pellicule de polymère, il suffit pour cela de remplacer simplement le courant de solution de polymère par un courant d'eau déminéralisée à un débit, par exemple de 80 à 280 ml/min suffisant pour maintenir la fluidisation.Then, continuously carried out, preferably immediately after the first step, rinsing with demineralized water of the solid support coated with a polymer film, it suffices for this simply to replace the stream of polymer solution by a stream of demineralized water at a flow rate, for example from 80 to 280 ml / min sufficient to maintain fluidization.
On effectue ensuite dans l'étape suivante, l'imprégnation du support revêtu d'une pellicule de polymère échangeurs d'anions avec une solution aqueuse d' hexacyanoferrate (II) ou (III) de métal alcalin.Then carried out in the next step, the impregnation of the support coated with a film of anion exchange polymer with an aqueous solution of hexacyanoferrate (II) or (III) of alkali metal.
Cette étape est réalisée de nouveau en continu, de préférence immédiatement après l'étape précédente, il suffit pour cela de remplacer simplement le courant d'eau déminéralisée par une solution d'hexacyanoferrate de métal alcalin.This step is carried out again continuously, preferably immediately after the previous step, it suffices for this to simply replace the stream of demineralized water with an alkali metal hexacyanoferrate solution.
L' hexacyanoferrate de métal alcalin de départ est choisi de préférence parmi les hexacyanoferrates (II) et (III) de sodium ou de potassium.The starting alkali metal hexacyanoferrate is preferably chosen from sodium or potassium hexacyanoferrates (II) and (III).
La solution aqueuse d' hexacyanoferrate de métal alcalin mise en oeuvre a une concentration variable, c'est-à-dire que la concentration du sel d' hexacyanoferrate (II) ou (III) de métal alcalin en particulier de potassium ou de sodium est de préférence de 1 à 100 g/1, par exemple de 50 g/1.The aqueous solution of alkali metal hexacyanoferrate used at a variable concentration, that is to say that the concentration of the salt of hexacyanoferrate (II) or (III) of alkali metal in particular potassium or sodium is preferably from 1 to 100 g / 1, for example from 50 g / 1.
D'autre part, la solution aqueuse d' hexacyanoferrate mise en oeuvre est préparée de telle sorte, que le rapport massique du sel d' hexacyanoferrate (II) ou (III) de métal alcalin en particulier de potassium ou de sodium, à la quantité du support d'imprégnation essentiellement constitué du support solide initial tel que la silice, soit de préférence de 5 à 10%. L'imprégnation n'a pas à être réalisée à un pH défini, réglé, contrôlé par exemple par un tampon. Il s'agit d'une solution dans l'eau, de préférence de l'eau pure, déminéralisée. Le débit de la solution est, par exemple, de 80 à 280 mL/min, de façon à assurer ou à maintenir la fluidisation.On the other hand, the aqueous solution of hexacyanoferrate used is prepared in such a way that the mass ratio of the salt of hexacyanoferrate (II) or (III) of alkali metal, in particular potassium or sodium, to the quantity of the impregnation support essentially consisting of the initial solid support such as silica, is preferably 5 to 10%. The impregnation does not have to be carried out at a defined, adjusted pH, controlled for example by a buffer. It is a solution in water, preferably pure, demineralized water. The flow rate of the solution is, for example, from 80 to 280 ml / min, so as to ensure or maintain the fluidization.
On obtient ainsi la fixation de la partie anionique [Fe(CN)6]4" sur les groupements cationiques du polymère, cette fixation se fait par formation de liaisons de type électrostatique qui sont relativement forte selon le milieu, et cette fixation est généralement quantitative, c'est-à-dire que tous les sites cationiques du polymère réagissent. La fixation ne présente donc aucun caractère aléatoire.This gives the fixation of the anionic part [Fe (CN) 6 ] 4 " on the cationic groups of the polymer, this fixation is done by formation of electrostatic type bonds which are relatively strong depending on the medium, and this fixation is generally quantitative , that is to say that all the cationic sites of the polymer react, the fixing therefore has no randomness.
Le support solide ainsi revêtu d'une pellicule de polymère échangeur d' anions auquel est fixé un hexacyanoferrate de métal alcalin est soumis ensuite à une opération de lavage. Le lavage est réalisé en continu, de préférence immédiatement après 1 ' étape précédente .The solid support thus coated with a film of anion exchange polymer to which an alkali metal hexacyanoferrate is attached is then subjected to a washing operation. Washing is carried out continuously, preferably immediately after the previous step.
L'opération de lavage a pour but d'éliminer les sels d'hexacyanoferrate de métal alcalin qui n'ont pas été fixés sur le polymère et permet d'obtenir un matériau composite fixant des polluants minéraux dans lequel il n'existe plus d' hexacyanoferrate libre, non lié, pouvant être relargué.The purpose of the washing operation is to remove the alkali metal hexacyanoferrate salts which have not been fixed on the polymer and makes it possible to obtain a composite material fixing mineral pollutants in which there is no longer any free, unbound hexacyanoferrate which can be released.
Le lavage est effectué avec de l'eau déminéralisée . La quantité de solution de rinçage utilisée est variable et peut aller de 100 à 1000 ml par gramme de produit traité.Washing is carried out with demineralized water. The amount of rinse solution used is variable and can range from 100 to 1000 ml per gram of product treated.
Le débit de la solution de rinçage est tel que la fluidisation soit assurée de manière adéquate.The flow rate of the rinsing solution is such that the fluidization is adequately ensured.
L'étape suivante est l'addition d'une solution aqueuse de sel métallique sur le support solide revêtu d'une pellicule d'un polymère échangeur d'anions, auquel est fixé l'anion hexacyanoferrate. Cette étape est également selon l'invention réalisée en continu, de préférence, immédiatement après l'étape précédente, en remplaçant la solution de rinçage par une solution de sel métallique.The next step is the addition of an aqueous solution of metal salt to the solid support coated with a film of an anion exchange polymer, to which the hexacyanoferrate anion is attached. This step is also according to the invention carried out continuously, preferably immediately after the previous step, replacing the rinsing solution with a solution of metal salt.
Le sel de métal contenu dans cette solution aqueuse est un sel dont le métal correspond à 1' hexacyanoferrate insoluble que l'on souhaite obtenir comme cela a déjà été indiqué plus haut.The metal salt contained in this aqueous solution is a salt whose metal corresponds to the insoluble hexacyanoferrate which it is desired to obtain as has already been indicated above.
Ce métal est choisi par exemple parmi le cuivre, le cobalt, le zinc, le cadmium, le nickel et le fer etc ...This metal is chosen, for example, from copper, cobalt, zinc, cadmium, nickel and iron, etc.
Le sel de métal sera donc par exemple un nitrate, un sulfate, un chlorure, un acétate d'un de ces métaux à une concentration dans la solution aqueuse de préférence de 0,01 à 1 mol/1, de préférence encore de 0,02 à 0,05 mol/1.The metal salt will therefore be for example a nitrate, a sulphate, a chloride, an acetate of one of these metals at a concentration in the aqueous solution preferably from 0.01 to 1 mol / 1, more preferably from 0, 02 to 0.05 mol / 1.
La quantité de sel utilisée est par ailleurs de préférence d'environ de 0,4 mmole/g de support traité.The amount of salt used is moreover preferably about 0.4 mmol / g of treated support.
L'addition de la solution aqueuse du sel de métal n'a pas à être faite à un pH défini, à l'aide d'une solution tampon. La solution aqueuse est une solution dans l'eau pure, déminéralisée.The addition of the aqueous solution of the metal salt does not have to be done at a defined pH, using of a buffer solution. The aqueous solution is a solution in pure water, demineralized.
Le débit de la solution aqueuse du sel de métal est tel que le lit reste fluidisé. On effectue enfin dans une dernière étape le lavage du matériau final obtenu qui comprend ainsi le support solide revêtu d'une pellicule d'un polymère échangeur d'anions auquel est fixé un hexacyanoferrate de métal insoluble formant une couche mince . Cette dernière étape de lavage est effectuée de la même manière et dans les mêmes conditions que l'étape de lavage déjà décrite plus haut, en utilisant de l'eau pure déminéralisée.The flow rate of the aqueous solution of the metal salt is such that the bed remains fluidized. Finally, in a final step, the final material is washed, which thus comprises the solid support coated with a film of an anion exchange polymer to which an insoluble metal hexacyanoferrate is attached, forming a thin layer. This last washing step is carried out in the same manner and under the same conditions as the washing step already described above, using pure demineralized water.
Cette étape est réalisée, en continu, et de préférence immédiatement après l'étape précédente.This step is carried out continuously, and preferably immediately after the previous step.
Il est généralement obligatoire d'introduire dans l'eau déminéralisée un sel de métal alcalin, par exemple de sodium, dont l'anion est de préférence le même que celui du sel de métal mis en œuvre lors de l'étape précédente, et éventuellement, en outre, l'acide correspondant : on pourra utiliser, par exemple, du nitrate de sodium et de l'acide nitrique.It is generally compulsory to introduce into demineralized water an alkali metal salt, for example sodium, the anion of which is preferably the same as that of the metal salt used in the previous step, and optionally , in addition, the corresponding acid: it is possible to use, for example, sodium nitrate and nitric acid.
Cette opération de lavage permet d'éliminer le sel de métal en excès et d'obtenir un produit final stable à la composition parfaitement définie. Elle doit être suivie d'une dernière étape de rinçage à l'eau déminéralisée .This washing operation makes it possible to remove the excess metal salt and to obtain a stable final product with a perfectly defined composition. It must be followed by a final step of rinsing with demineralized water.
On effectue enfin une étape de séchage.Finally, a drying step is carried out.
De manière générale, le séchage est poursuivi jusqu'à ce que la masse du support reste sensiblement constante. Toutefois, cette étape de séchage est, de préférence, généralement omise si l'on procède à sa suite, et en continu à la fixation de polluants contenus dans une solution. La teneur pondérale en fixateur minéral c'est-à-dire en hexacyanoferrate de métal insoluble fixé sur le polymère échangeur d'anions est généralement de 1 à 10 % par exemple de 3% par rapport à la masse du support minéral tel que la silice. Il a - été constaté par analyse par activation neutronique que le rapport atomique de M2/Fe peut varier de 1 à 5 sans que les propriétés de fixation, en particulier de décontamination ne soient affectées.In general, drying is continued until the mass of the support remains substantially constant. However, this drying step is preferably generally omitted if one proceeds to it, and continuously fixing the pollutants contained in a solution. The content by weight of mineral fixer, that is to say of insoluble metal hexacyanoferrate fixed on the anion exchange polymer is generally from 1 to 10%, for example 3% relative to the mass of the mineral support such as silica . It has been observed by analysis by neutron activation that the atomic ratio of M 2 / Fe can vary from 1 to 5 without the fixing properties, in particular of decontamination being affected.
Le matériau solide composite . fixant des polluants minéraux préparé par le procédé selon l'invention, est de préférence immédiatement après sa préparation - l'étape ultime éventuelle de séchage étant omise - mise en oeuvre dans la fixation d'au moins un polluant minéral par exemple d'un cation métallique contenu dans une solution, dans lequel ladite solution est mise en contact avec ledit matériau solide composite fixant des polluants minéraux.The solid composite material. fixing mineral pollutants prepared by the process according to the invention, is preferably immediately after its preparation - the possible final drying step being omitted - used in fixing at least one mineral pollutant, for example of a cation metallic contained in a solution, wherein said solution is brought into contact with said composite solid material fixing mineral pollutants.
Selon l'invention, cette fixation est réalisée en continu dans le même récipient, tel qu'une colonne où a été préparé le matériau solide. De ce fait, aucun conditionnement, transfert n'est nécessaire.According to the invention, this fixing is carried out continuously in the same container, such as a column where the solid material has been prepared. Therefore, no conditioning, transfer is necessary.
Les matériaux préparés selon l'invention, du fait de leurs excellentes propriétés tels qu'une excellente capacité d'échange, une excellente sélectivité, une vitesse de réaction. élevée conviennent particulièrement à un tel usage.The materials prepared according to the invention, because of their excellent properties such as excellent exchange capacity, excellent selectivity, a reaction speed . high are particularly suitable for such use.
Cette excellente efficacité est obtenue avec des quantités réduites de fixateur minéral tel que d' hexacyanoferrate insoluble.This excellent efficiency is obtained with reduced amounts of mineral fixative such as insoluble hexacyanoferrate.
Le conditionnement en colonne permet de traiter en continu des quantités importantes de solutions, avec un fort débit de celles-ci, par exemple de 1.5 à 80 mL/min. Du fait de sa mise en oeuvre en continu, le procédé de fixation peut ainsi être facilement intégré dans une installation existante, par exemple dans une chaîne ou ligne de traitement comprenant plusieurs étapes . Les solutions qui peuvent être traitées par le procédé de l'invention et avec le matériau solide composite fixant des polluants minéraux préparé selon l'invention, sont très variées, et peuvent même contenir par exemple des agents corrosifs, acides, bases ou autres, du fait de l'excellente stabilité chimique du matériau préparé selon l'invention.Column packaging makes it possible to continuously process large quantities of solutions, with a high flow rate thereof, for example from 1.5 to 80 ml / min. Due to its continuous implementation, the fixing method can thus be easily integrated into an existing installation, for example in a chain or treatment line comprising several stages. The solutions which can be treated by the process of the invention and with the composite solid material fixing mineral pollutants prepared according to the invention, are very varied, and may even contain, for example, corrosive agents, acids, bases or others, made of the excellent chemical stability of the material prepared according to the invention.
Le matériau préparé selon l'invention est utilisable en particulier sur une très large gamme de PH. Par exemple on pourra traiter des solutions aqueuses nitriques de concentration allant par exemple de 0,1 à 3M, des solutions acides ou neutres jusqu'à un pH 8, des solutions basiques etc... Il y a lieu toutefois d' dapter éventuellement la nature du support solide à la nature de la solution traitée. Il est par exemple connu que la silice ne résiste généralement pas à un pH basique, et qu'il est alors préférable d'utiliser un support solide par exemple en Ti02, l'utilisation du matériau composite peut alors être étendue par exemple jusqu'à pH 10. Le polluant minéral susceptible d'être fixé dans le procédé de fixation selon l'invention peut être tout polluant minéral c'est-à-dire par exemple tout polluant issu (à base) d'un métal ou d'un isotope, de préférence d'un isotope radioactif, de ce métal, susceptible de se trouver en solution.The material prepared according to the invention can be used in particular over a very wide range of PH. For example, it is possible to treat aqueous nitric solutions with a concentration ranging, for example, from 0.1 to 3M, acidic or neutral solutions up to a pH 8, basic solutions, etc. It is however necessary to adapt the nature of the solid support to the nature of the solution treated. It is for example known that silica does not generally resist at a basic pH, and it is then preferable to use a solid support, for example made of Ti0 2 , the use of the composite material can then be extended, for example, to pH 10. The mineral pollutant capable of being fixed in the fixing method according to the invention can be any mineral pollutant, that is to say for example any pollutant derived (based) from a metal or an isotope, preferably from a radioactive isotope, of this metal, likely to be in solution.
Ce polluant est choisi de préférence parmi les complexes anioniques, les colloïdes, les cations et leurs mélanges .This pollutant is preferably chosen from anionic complexes, colloids, cations and their mixtures.
Il s'agit de préférence d'un polluant, tel qu'un cation issu d'un élément choisi parmi Tl, Fe, Cs, Co, Ru, Ag, ... et les isotopes, en particulier les isotopes radioactifs de ceux-ci, parmi lesquels on peut citer 58 Co, 60 Co, 55"59Fe, 134 Cs, 137 Cs, "3,ιos,ιo5 ,ιo7 Ru> Le cation métallique est en particulier le Césium Cs+ ou le Thallium Tl2+ .It is preferably a pollutant, such as a cation derived from an element chosen from Tl, Fe, Cs, Co, Ru, Ag, ... and the isotopes, in particular the radioactive isotopes of these- Ci, among which we can cite 58 C o, 60 C o, 55 " 59 Fe, 134 C s, 137 C s," 3, ι os , ιo 5 , ιo 7 Ru> The metal cation is in particular Cesium Cs + or Thallium Tl 2+ .
Le complexe anionique est par exempleThe anionic complex is for example
RuO^ .RuO ^.
Une utilisation préférée du matériau préparé selon l'invention est la fixation du césium qui contribue à une grande part de l'activité gamma des liquides de l'industrie nucléaire et qui est fixé sélectivement par les hexacyanoferrates.A preferred use of the material prepared according to the invention is the fixation of cesium which contributes to a large part of the gamma activity of liquids from the nuclear industry and which is selectively fixed by the hexacyanoferrates.
La concentration du ou des polluant (s) tel que du ou des cation (s) peut varier entre de larges limites : par exemple elle peut être pour chacun de ceux-ci de 0,1 picogramme à 100 mg/1, de ' préférence deThe concentration of pollutant (s) such as cation (s) can vary between wide limits: for example it can be for each of thereof of 0.1 picogram to 100 mg / 1 of 'preferably
0,01 mg/1 à 10 μg/1.0.01 mg / 1 to 10 μg / 1.
La solution à traiter par le procédé de fixation de l'invention est de préférence une solution aqueuse, qui peut outre le ou les polluant (s) tels que un ou des cation (s) à fixer, contenir d'autres sels en solution tels que NaNo3 ou LiN03 ou encore A1(N03)3 ou tout autre sel soluble de métal alcalin ou alcalino- terreux à une concentration pouvant atteindre jusqu'à 2 moles /l. La solution peut également contenir, comme indiqué plus haut, des acides, bases, et même des composés organiques .The solution to be treated by the fixing process of the invention is preferably an aqueous solution which, in addition to the pollutant (s) such as one or more cation (s) to be fixed, may contain other salts in solution such than NaNo 3 or LiN0 3 or alternatively A1 (N0 3 ) 3 or any other soluble salt of alkali or alkaline earth metal at a concentration of up to 2 moles / l. The solution may also contain, as indicated above, acids, bases, and even organic compounds.
La solution à traiter peut également être une solution dans un solvant organique pur tel que l'êthanol (alcool absolu), l'acétone ou autre, dans un mélange de ces solvants organiques, ou dans un mélange d'eau et d'un ou plusieurs de ces solvants organiques miscibles à l'eau.The solution to be treated can also be a solution in a pure organic solvent such as ethanol (absolute alcohol), acetone or the like, in a mixture of these organic solvents, or in a mixture of water and one or more several of these water-miscible organic solvents.
Le matériau préparé selon l'invention présente ainsi l'avantage de pouvoir traiter des solutions qui ne peuvent être traitées avec des résines organiques .The material prepared according to the invention thus has the advantage of being able to treat solutions which cannot be treated with organic resins.
Cette solution peut consister en un liquide de procédé ou en un effluent industriel ou autre qui peut être issu en particulier de l'industrie et des installations nucléaires ou de toute autre activité liée au nucléaire.This solution can consist of a process liquid or an industrial or other effluent which can originate in particular from industry and nuclear installations or from any other activity linked to nuclear power.
Parmi les liquides et effluents divers de l'industrie nucléaire, des installations nucléaires et des activités mettant en oeuvre des radionucléïdes qui peuvent être traités par le procédé de fixation de l'invention on peut citer par exemple les eaux de refroidissement des centrales, et tous les effluents divers entrant en contact avec des radioisotopes tels que toutes les eaux de lavage, les solutions de régénération de résines etc..Among the various liquids and effluents from the nuclear industry, nuclear installations and activities using radionuclides which can be treated by the process of fixing the invention, for example, may be cited the cooling water from power stations, and all the various effluents coming into contact with radioisotopes such as all washing water, solutions for regenerating resins, etc.
Il est toutefois évident que le procédé de fixation selon l'invention peut également être mis en oeuvre dans d'autres domaines d'activités, industriels ou autres, non nucléaires. Ainsi, les hexacyanoferrates fixent sélectivement le thallium et cette propriété pourrait être mise à profit dans l'épuration des effluents de cimenterie pour réduire ou supprimer les rejets et émissions de cet élément qui est un poison violent . Le temps de contact de la solution à traiter avec le matériau échangeur est variable et peut aller de 1 minutes à 1 heure avec un fonctionnement en continu selon l'invention.It is however obvious that the fixing method according to the invention can also be implemented in other fields of activity, industrial or other, non-nuclear. Thus, hexacyanoferrates selectively fix thallium and this property could be exploited in the purification of cement effluents to reduce or eliminate the releases and emissions of this element which is a violent poison. The contact time of the solution to be treated with the exchanger material is variable and can range from 1 minutes to 1 hour with continuous operation according to the invention.
Il est à noter que cette durée est notablement plus courte que dans les procédés analogues effectués en batch ou en partie en batch, en partie en continu, dans différents récipients.It should be noted that this duration is notably shorter than in the analogous processes carried out in batch or partly in batch, partly continuously, in different containers.
A l'issue du procédé de fixation le matériau solide composite fixateur (échangeur) préparé selon l'invention dans lequel par exemple les cations de métal de 1 ' exacyanoferrate ont été échangés par les cations se trouvant dans la solution peut être directement stocké, car ses très grandes stabilités mécaniques et chimiques et sa nature essentiellement minérale autorisent un tel stockage sans qu'il ne se produise de dégradation du produit conduisant à des émanations d'hydrogène, ou bien il peut être traité par un procédé permettant un conditionnement pour un stockage de longue durée par exemple par vitrification. La vitrification est particulièrement adaptée dans le cas où les cations fixés sont des radioisotopes et où le support est de la silice.At the end of the fixing process, the solid composite fixing material (exchanger) prepared according to the invention in which, for example, the metal cations of the exacyanoferrate have been exchanged by the cations in the solution can be directly stored, because its very high mechanical and chemical stabilities and its essentially mineral nature allow such storage without degradation of the product leading to hydrogen fumes, or it can be treated by a process allowing conditioning for long-term storage, for example by vitrification. Vitrification is particularly suitable in the case where the fixed cations are radioisotopes and the support is silica.
Le matériau préparé selon l'invention, grâce à sa structure spécifique, et contrairement aux matériaux échangeurs de l'art antérieur à base d'hexacyanoferrate, peut être vitrifié sans danger car les quantités de fixateur minéral sont limitées et la décontaminâtion à l'air sans danger.The material prepared according to the invention, thanks to its specific structure, and unlike the exchanger materials of the prior art based on hexacyanoferrate, can be vitrified without danger because the quantities of mineral fixative are limited and decontamination in air safe.
Les exemples suivants, donnés à titre illustr tif et non limitatif, illustrent tout d'abord le procédé de préparation de l'invention, dans lequel on réalise la préparation de matériaux échangeurs composites, conformément à l'invention dans une colonne en lit fluidisé, puis les résultats obtenus par mise en oeuvre de ces matériaux échangeurs composites dans le cadre de la fixation de cations, conformément au procédé de fixation de l'invention, c'est-à-dire dans la même colonne que celle ayant servi à la synthèse des matériaux selon la première étape du procédé de fixation de l'invention, le procédé étant appliqué à la fixation du césium à partir d' effluents radioactifs.The following examples, given by way of nonlimiting illustration, firstly illustrate the process for the preparation of the invention, in which the preparation of composite exchanger materials is carried out, in accordance with the invention in a column in a fluidized bed, then the results obtained by using these composite exchanger materials in the context of the fixing of cations, in accordance with the fixing method of the invention, that is to say in the same column as that used for the synthesis materials according to the first step of the fixing process of the invention, the process being applied to the fixing of cesium from radioactive effluents.
Les exemples illustrent le procédé de synthèse, puis de fixation. EXEMPLE 1The examples illustrate the process of synthesis, then of fixing. EXAMPLE 1
Dans cet exemple, on a réalisé la synthèse d'hexacyanoferrâtes en couche mince, immobilisés sur des silices recouvertes d'une phase polymérique échangeuse d'anions, ladite phase étant préparée à partir d'un polybrêne® ou de polyéthylèneimine (PEI) , conformément au procédé de préparation, de synthèse, de l'invention : à savoir, dans une colonne à lit fluidisé (Exemples 1A et 1B) .In this example was carried out the synthesis of hexacyanoferrate thin layer immobilized on silicas coated with a polymer phase anion exchange, said phase being prepared from a ® polybrene or polyethyleneimine (PEI), in accordance to the process of preparation, of synthesis, of the invention: namely, in a fluidized bed column (Examples 1A and 1B).
Par ailleurs, on a aussi réalisé, à titre comparatif, la synthèse d' hexacyanoferrates en couche mince, par un procédé de préparation non conforme à l'invention : à savoir, en mode « batch » : Exemple 1C ou en mode mixte : Exemple 1D.Furthermore, for comparison, the synthesis of hexacyanoferrates in a thin layer was also carried out, by a preparation process not in accordance with the invention: namely, in “batch” mode: Example 1C or in mixed mode: Example 1D.
EXEMPLE 1AEXAMPLE 1A
Dans cet exemple, conforme au procédé selon l'invention, le polymère échangeur d'anions est un polybrêne (PB) ayant la structure et les caractéristiques suivantes : Masse molaire 4 000 àIn this example, in accordance with the process according to the invention, the anion exchange polymer is a polybrene (PB) having the following structure and characteristics: Molar mass 4,000 to
6 000 g/moles.6000 g / moles.
Le mode opératoire est le suivant : - un support de silice (Silica Gel 100®) fourni par la société Merck®, ayant une granulométrie de 0,063 à 0,200 mm, et une porosité de 100 μm, est imprégné de polybrêne (PB) fourni par la Société SIGMAThe procedure is as follows: - a silica support (Silica Gel 100 ® ) supplied by the company Merck®, having a particle size of 0.063 to 0.200 mm, and a porosity of 100 μm, is impregnated with polybrene (PB) supplied by the SIGMA Company
(S)(S)
ALDRICH , par mise en contact en colonne sous lit fluidisé pendant une durée de 1 h ou 24 h dans une solution à 15 % massique de polymère dans de l'eau déminéralisée, à des débits allant de 1,5 mL/min. à 280 mL/min. suivant la quantité de produit synthétisé ;ALDRICH, by contacting in a column under a fluidized bed for a period of 1 h or 24 h in a solution at 15% by mass of polymer in water demineralized, at flow rates ranging from 1.5 mL / min. at 280 mL / min. depending on the amount of product synthesized;
- le support ainsi revêtu est rincé avec de l'eau déminéralisée, il est à noter qu'aucun séchage sous vide n'est à réaliser ;- The support thus coated is rinsed with demineralized water, it should be noted that no drying under vacuum is to be carried out;
- le support pelliculaire échangeur d'anions est mis en contact avec, imprégné par, une solution concentrée d'hexacyanoferrate II de sodium (50 g/1) dans l'eau (pas de tampon) ; - le support est ensuite rincé avec de l'eau déminéralisée ; on forme un hexacyanoferrate (II) de cuivre sur la surface pelliculaire par ajout d'une solution aqueuse de nitrate de cuivre (II) 2.10"2 M dans l'eau déminéralisée ;- the anion exchange film support is brought into contact with, impregnated with, a concentrated solution of sodium hexacyanoferrate II (50 g / 1) in water (no buffer); - the support is then rinsed with demineralized water; a copper hexacyanoferrate (II) is formed on the film surface by adding an aqueous solution of 2.10 "2 M copper (II) nitrate in demineralized water;
- l'excès d' hexacyanoferrate (II)' est éliminé par lavage avec une solution de nitrate de sodium et ensuite par de l'eau déminéralisée.- the excess of hexacyanoferrate (II) ' is removed by washing with a sodium nitrate solution and then with demineralized water.
L'analyse élémentaire du produit final obtenu est donnée dans le tableau I ci-dessous.The elementary analysis of the final product obtained is given in Table I below.
EXEMPLE 1BEXAMPLE 1B
Dans cet exemple, conforme au procédé selon l'invention, le polymère échangeur d'ions est un polyéthylêneimine (PEI) fourni par la Société SIGMA ALDRICH.In this example, in accordance with the process according to the invention, the ion-exchange polymer is a polyethyleneimine (PEI) supplied by the company Sigma Aldrich.
Le mode opératoire est le même que dans l'exemple 1A, sauf que le polymère réalisé est différent et réticulé en lit fluidisé. L'analyse élémentaire du produit final obtenu est donnée également dans le tableau I ci-dessous.The procedure is the same as in Example 1A, except that the polymer produced is different and crosslinked in a fluidized bed. The elementary analysis of the final product obtained is also given in Table I below.
TABLEAU ITABLE I
Composition élémentaire des matériaux préparés selon l'invention à base d'hexacyanoferrate de cuivre (les pourcentages sont des pourcentages massiques par g de silice)Elemental composition of the materials prepared according to the invention based on copper hexacyanoferrate (the percentages are percentages by mass per g of silica)
Exemple 1C comparatifComparative Example 1C
Dans cet exemple, le matériau a été préparé en « batch » de la manière suivante :In this example, the material was prepared in “batch” as follows:
- un support de silice (Silica Gel 100®) fourni par la société Merck®, ayant une granulométrie de 0,063 à 0,200 mm, et une porosité de 100 μm, est imprégné de polyéthylimine (PEI) fourni par la Société SIGMA ALDRICH®, par mise en contact en « batch » pendant une durée de 10 h dans une solution à 15 % massique de polymère dans de l'eau déminéralisée, et ensuite réticulé pendant 2 h à reflux à 60°C par un agent rëticulant l'ether diglycidylique du 1-4 butane diol (BUDGE) commercialisé par la société Aldrich - le support ainsi revêtu est rincé avec de l'eau déminéralisée, et séché sous vide ;- a silica support (Silica Gel 100 ®) supplied by the company Merck® having a particle size of 0.063 to 0.200 mm, and a porosity of 100 .mu.m, is impregnated with polyethylimine (PEI) supplied by SIGMA ALDRICH ® Company, contacting in “batch” for a period of 10 h in a solution at 15% by mass of polymer in demineralized water, and then crosslinked for 2 h at reflux at 60 ° C. with an agent crosslinking the diglycidyl ether of the 1-4 butane diol (BUDGE) sold by the company Aldrich - The support thus coated is rinsed with demineralized water, and dried under vacuum;
- le support pelliculaire échangeur d'anions est mis en contact en « batch » avec, imprégné par, une solution concentrée d'hexacyanoferrate II de sodium (50 g/1) dans l'eau pendant 4 h; le support est ensuite rincé avec de l'eau déminéralisée ; on forme un hexacyanoferrate (II) de cuivre sur la surface pelliculaire par ajout d'une solution aqueuse de nitrate de cuivre (II) 2.10"2 M dans l'eau déminéralisée pendant 4 h; l'excès d'hexacyanoferrate (II) est éliminé par lavage avec une solution de nitrate de sodium à 2 M, ensuite une solution d'acide- nitrique à 0.1 M et ensuite par de l'eau déminéralisée.- the anion exchange film support is brought into contact in “batch” with, impregnated with, a concentrated solution of sodium hexacyanoferrate II (50 g / 1) in water for 4 h; the support is then rinsed with demineralized water; a copper hexacyanoferrate (II) is formed on the film surface by addition of an aqueous solution of 2.10 "2 M copper (II) nitrate in demineralized water for 4 h; the excess of hexacyanoferrate (II) is eliminated by washing with a 2 M sodium nitrate solution, then a 0.1 M nitric acid solution and then with demineralized water.
Exemple 1D : comparatifExample 1D: comparison
Dans cet exemple, le mode opératoire de préparation du matériau est mixte : il a été préparé en « batch » et en colonne avec tassement de la phase (ce qui est différent du lit fluidisé selon l'invention), de la manière suivante : - un support de silice (Silica Gel 100®) fourni par la société Merck®, ayant une granulométrie de 0,063 à 0,200 mm, et une porosité de 100 μm, est imprégné de polyéthylimine (PEI) fourni par la Société SIGMA ALDRICH®, par mise en contact en « batch » pendant une durée de 10 h dans une solution à 15 % massique de polymère dans de l'eau déminéralisée, et ensuite réticulé pendant 2 h à reflux à 60°C par un agent réticulant l'éther diglycidylique du 1-4 butane diol (BUDGE) commercialisé par la société AldrichIn this example, the procedure for preparing the material is mixed: it was prepared in "batch" and in column with packing of the phase (which is different from the fluidized bed according to the invention), as follows: - a silica support (Silica Gel 100 ® ) supplied by the company Merck®, having a particle size of 0.063 to 0.200 mm, and a porosity of 100 μm, is impregnated with polyethylimine (PEI) supplied by the company SIGMA ALDRICH ® , by placing in “batch” contact for a period of 10 h in a solution at 15% by mass of polymer in demineralized water, and then crosslinked for 2 h at reflux at 60 ° C. with an agent crosslinking the diglycidyl ether of 1-4 butane diol (BUDGE) sold by the company Aldrich
- le support ainsi revêtu est rincé avec de l'eau déminéralisée, et séché sous vide ;- The support thus coated is rinsed with demineralized water, and dried under vacuum;
-• le support pelliculaire échangeur d'anions est tassé dans une colonne et mis en contact et imprégné par percolation à un faible débit allant de- • the anion exchanger film support is packed in a column and brought into contact and impregnated by percolation at a low flow rate ranging from
1.5 à 5 mL /min avec une solution concentrée d'hexacyanoferrate II de sodium (50 g/1) dans l'eau; le support est ensuite rincé avec de l'eau déminéralisée ; on forme un hexacyanoferrate (II) de cuivre sur la surface pelliculaire par ajout d'une solution aqueuse de nitrate de cuivre (II) 2.10"2 M dans l'eau déminéralisée; l'excès d' exacyanoferrate (II) est éliminé par lavage avec une solution de nitrate de sodium à 2M, ensuite une solution d'acide nitrique à 0.1 M et ensuite par de l'eau déminéralisée.1.5 to 5 mL / min with a concentrated solution of sodium hexacyanoferrate II (50 g / 1) in water; the support is then rinsed with demineralized water; a copper hexacyanoferrate (II) is formed on the film surface by adding an aqueous solution of 2.10 "2 M copper (II) nitrate in demineralized water; the excess of exacyanoferrate (II) is removed by washing with a 2M sodium nitrate solution, then a 0.1 M nitric acid solution and then with demineralized water.
EXEMPLE 2 : Essais de fixation du césiumEXAMPLE 2: Cesium fixation tests
Dans cet exemple, on a étudié la fixation du césium radioactif 13Cs et 137Cs contenu dans divers effluents, sur divers produits à base d'hexacyanoferrate, à savoir :In this example, we studied the fixation of radioactive cesium 13 Cs and 137 Cs contained in various effluents, on various products based on hexacyanoferrate, namely:
- les matériaux échangeurs composites selon l'invention préparés selon la première étape du procédé de l'invention dans les exemples 1A et 1B ci-dessus.- The composite exchanger materials according to the invention prepared according to the first step of the process of the invention in Examples 1A and 1B above.
- les matériaux comparatifs 1C et 1D. - La sélectivité du césium pour les phases, produits, composites est définie grâce à la constante de distribution Kd (1) entre une phase solide et une phase liquide chargée en 13Cs et 137Cs.- comparative materials 1C and 1D. - The selectivity of cesium for the phases, products, composites is defined thanks to the distribution constant Kd (1) between a solid phase and a liquid phase charged with 13 Cs and 137 Cs.
Quantité de Cs * fixé par gramme de phase solide Quantité de Cs * restant par ml de solutionAmount of Cs * fixed per gram of solid phase Amount of Cs * remaining per ml of solution
Plus la valeur de Kd est importante et plus le Cs* est retenu dans la phase solide. Une valeur de Kd supérieure à 10 000 pour des temps de contact de 24 h représente une excellente affinité du césium pour la phase solide.The higher the value of Kd, the more the Cs * is retained in the solid phase. A Kd value greater than 10,000 for contact times of 24 h represents an excellent affinity of cesium for the solid phase.
Les effluents radioactifs traités sont des effluents réels issus de la pile OSIRIS du centre d'études nucléaires de SACLAY dont les caractéristiques relatives à la radioactivité sont mentionnées dans le tableau II. Il s'agit d'une part de l'eau de refroidissement de la pile qui est désignée par « OSI » dans le tableau et dont le pH est neutre, et d'autre part de la solution de rinçage, de régénération, des résines qui est désignée par « BF6 » dans le tableau et qui est constituée par une solution d'acide nitrique à 0,1 M. Afin d'augmenter la précision des comptages, un traceur 134Cs a été ajouté à la solution OSI.The radioactive effluents treated are real effluents from the OSIRIS cell of the SACLAY nuclear studies center, the characteristics of which relating to radioactivity are mentioned in Table II. On the one hand, it is the water for cooling the cell which is designated by “OSI” in the table and whose pH is neutral, and on the other hand the rinsing, regeneration, resins solution. which is designated by “BF6” in the table and which is constituted by a 0.1 M nitric acid solution. In order to increase the accuracy of the counts, a 134 Cs tracer was added to the OSI solution.
TABLEAU II Radioactivité des solutions traitées en curie par m3 TABLE II Radioactivity of solutions treated in curia by m 3
* Traceur ajoute* Plotter adds
*,* Très variable selon les solutions Le mode opératoire des essais est le suivant :*, * Very variable depending on the solutions The test procedure is as follows:
10 à 20 mg de produit sont ajoutés à 50 mL (cm3) de solution radioactive à traiter et agités pendant une durée de 10 minutes ou d'un jour selon les essais.10 to 20 mg of product are added to 50 mL (cm 3 ) of radioactive solution to be treated and stirred for a period of 10 minutes or a day depending on the tests.
A la fin de la durée choisie, la solution est filtrée, sa radioactivité est mesurée par spectromêtrie gamma et est comparée à celle de la solution de départ.At the end of the chosen duration, the solution is filtered, its radioactivity is measured by gamma spectrometry and is compared with that of the starting solution.
Les valeurs ainsi obtenues permettent de calculer le coefficient . de distribution 137Cs représentatif de l'affinité du produit par cet élément. Dans le cas présent, il peut être exprimé comme étant le rapport de la radioactivité fixée par gramme de produit à la radioactivité résiduelle en solution par cm3 de solution. Autrement dit le coefficient distribution Kd du césium s'établit selon la relation (2) :The values thus obtained make it possible to calculate the coefficient . distribution 137 Cs representative of the affinity of the product by this element. In the present case, it can be expressed as being the ratio of the fixed radioactivity per gram of product to the residual radioactivity in solution per cm 3 of solution. In other words the distribution coefficient Kd of cesium is established according to equation (2):
„ , Activité du blanc - Activité de la solution * Volume de solution filtrée (ml) .„.„, Activity of the blank - Activity of the solution * Volume of filtered solution (ml).„.
Kd = — - (2)Kd = - - (2)
Masse de l'échantillon (g) * Activité de la solutionMass of sample (g) * Activity of the solution
Plus la valeur de Kd est importante et plus le Cs+ est retenu dans la phase solide. Une valeur de Kd supérieure à 10 000 pour des temps de contact de 24 pour des solutions à pH = 7 représente une excellente affinité du césium pour la phase solide.The higher the value of Kd, the more the Cs + is retained in the solid phase. A Kd value greater than 10,000 for contact times of 24 for solutions at pH = 7 represents an excellent affinity of cesium for the solid phase.
Les résultats des essais effectués pendant des durées de contact différentes (10 minutes et 1 jours) avec des solutions différentes (eau de refroidissement « OSI » à pH voisin de 7, et eau de lavage de résines « BF6 » c'est-à-dire solution nitrique à 0,1 M pH ≈ 1) et avec différents échantillons de produits à base d'hexacyanoferrates préparés par le procédé selon l'invention (Ex. 1A et 1B) et (Ex. 1C et 1D) sont regroupés dans le tableau III ci-dessous:The results of tests carried out during different contact durations (10 minutes and 1 day) with different solutions (water of “OSI” cooling to a pH close to 7, and resin washing water “BF 6 ”, that is to say 0.1 M nitric solution pH ≈ 1) and with different samples of prepared hexacyanoferrate products by the method according to the invention (Ex. 1A and 1B) and (Ex. 1C and 1D) are grouped in Table III below:
TABLEAU IIITABLE III
Constantes de distribution de coefficients de distribution Kd (du césium) sur divers produits à base d' hexacyanoferrates (par g de produit)Distribution constants for distribution coefficients Kd (cesium) on various hexacyanoferrate products (per g of product)
Les .résultats indiqués ci-dessus montrent que les constantes de distribution obtenues avec les produits synthétisés en lit fluidisé selon la première étape du procédé de l'invention sont bien supérieures à celles obtenues avec les produits synthétisés en mode « batch » ou en mode mixte.The results indicated above show that the distribution constants obtained with the products synthesized in a fluidized bed according to the first step of the process of the invention are much greater than those obtained with the products synthesized in “batch” mode or in mixed mode.
EXEMPLE 3 : Essais de décontamination en colonneEXAMPLE 3 Column decontamination tests
La percolation d'une solution radioactive, qui est une solution « OSI », ou une solution « BF6 » telle que définie plus haut, sur les phases synthétisées, conformes ou non à l'invention, conditionnées dans la colonne de synthèse, permet de déterminer l'affinité du césium pour celle-ci, en calculant le coefficient de décontamination.Percolation of a radioactive solution, which is an “OSI” solution, or a “BF6” solution as defined above, on the synthesized phases, whether or not according to the invention, conditioned in the synthesis column, makes it possible to determine the affinity of cesium for this, by calculating the decontamination coefficient.
Le facteur de décontamination est l'activité de la solution avant passage sur la phase sur l'activité de la solution après passage sur- la phase (3) .The decontamination factor is the activity of the solution before passing over the phase over the activity of the solution after passing over the phase (3).
Activité de la solution (par exemple OSI) rd = (3)Solution activity (e.g. OSI) rd = (3)
Activité de la fraction récupéréeActivity of the fraction recovered
En pratique pour prélever la solution, un tube comportant un double filtre plonge dans 3 L de solution OSI, comme décrit dans le tableau III.In practice to collect the solution, a tube with a double filter is immersed in 3 L of OSI solution, as described in Table III.
Le premier filtre est un fritte qui retient les particules de dimension supérieure à 20 μm, le suivant est un filtre à porosité plus faible. Une pompe péristaltique placée en série prélève à un débit de 1,5 à 5 mL/min. la solution vers une colonne en acier inoxydable (30*5 mm) contenant 1 g de composite. Cette colonne est fermée à chaque extrémité par un fritte et blindée sur toute sa hauteur par un château de plomb d'une épaisseur de 5 cm. En sortie de colonne, 50 mL d'éluat sont recueilli dans un flacon d'éluat tous les 250 mL de solution traitée. L'ensemble du montage est mis dans un bac de rétention d'un volume de 10 mL. La radioactivité des éluats, ainsi que du témoin, est ensuite mesurée par spectrométrie gamma.The first filter is a frit which retains particles larger than 20 μm, the next is a filter with lower porosity. A peristaltic pump placed in series draws at a flow rate of 1.5 to 5 mL / min. the solution to a stainless steel column (30 * 5 mm) containing 1 g of composite. This column is closed at each end by a frit and shielded over its entire height by a leaden castle with a thickness of 5 cm. At the outlet of the column, 50 ml of eluate are collected in a bottle of eluate every 250 ml of treated solution. The entire assembly is placed in a retention tank with a volume of 10 mL. The radioactivity of the eluates, as well as of the control, is then measured by gamma spectrometry.
Les résultats sont reportés dans le tableau IV.The results are reported in Table IV.
TABLEAU IVTABLE IV
Coefficient de dêcontamination en fonction du volume de colonne et de la nature du produit compositeDecontamination coefficient as a function of the column volume and the nature of the composite product
Les valeurs reportées dans ce tableau ne sont que des valeurs limites car nous sommes dans les limites de réception de l'appareillage, à l'exception de celles obtenues en « batch ».The values reported in this table are only limit values because we are within the acceptance limits of the equipment, with the exception of those obtained in "batch".
Le produit préparé en « batch » a un coefficient de décontamination bien inférieur à ceux des produits synthétisés en lit fluidisé, conformément à l' invention. The product prepared in "batch" has a decontamination coefficient much lower than that of the products synthesized in a fluidized bed, in accordance with the invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation d'un matériau solide composite fixant les polluants minéraux, à base d' exacyanoferrate de métal, comprenant un support solide revêtu d'une pellicule d'un polymère échangeur d'anions auquel est fixé un hexacyanoferrate de métal insoluble formant une couche mince, ledit procédé comprenant essentiellement au moins une étape de mise en contact dudit support solide avec au moins un réactif liquide et au moins une étape de lavage avec un liquide de lavage, caractérisé en ce que l'ensemble des étapes du procédé est réalisé en continu dans un seul et même récipient, tel qu'une colonne, dans lequel le support forme un lit fluidisé dont la fluidisation est assurée par ledit au moins un réactif ou liquide de lavage éventuel .1. Process for the preparation of a composite solid material fixing mineral pollutants, based on metal exacyanoferrate, comprising a solid support coated with a film of an anion exchange polymer to which is fixed an insoluble metal hexacyanoferrate forming a thin layer, said method essentially comprising at least one step of bringing said solid support into contact with at least one liquid reagent and at least one step of washing with a washing liquid, characterized in that all of the steps of the method are produced continuously in a single container, such as a column, in which the support forms a fluidized bed, the fluidization of which is ensured by said at least one reagent or optional washing liquid.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d' hexacyanoferrate de métal fixé est de 1 à 10 % en poids par rapport à la masse du support solide.2. Method according to claim 1, characterized in that the amount of fixed metal hexacyanoferrate is from 1 to 10% by weight relative to the mass of the solid support.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support est choisi parmi la silice, l'alumine, l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, la terre de diatomées, les zëolithes, et les verres .3. Method according to claim 1, characterized in that the support is chosen from silica, alumina, titanium oxide, zirconium oxide, diatomaceous earth, zeolites, and glasses.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le support se présente sous forme de particules telles que grains, billes ou sphères ; ou de fibres. 4. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the support is in the form of particles such as grains, balls or spheres; or fiber.
5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le support se présente sous forme de particules, et a une granulométrie de 1 à 500 μm.5. Method according to claim 4 characterized in that the support is in the form of particles, and has a particle size of 1 to 500 microns.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 5 caractérisé en ce que le support a une surface spécifique de 10 à 500 m2/g.6. Method according to any one of claims 4 to 5 characterized in that the support has a specific surface of 10 to 500 m 2 / g.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que le support a une taille moyenne des pores de 100 à 1000 Â. 7. Method according to any one of claims 4 to 6 characterized in that the support has an average pore size of 100 to 1000 Å.
8. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit polymère échangeur d' anions est issu d'un polymère organique, ledit polymère organique ayant été éventuellement pourvu de groupements cationiques . 8. Method according to claim 1 characterized in that said anion exchange polymer is derived from an organic polymer, said organic polymer having optionally been provided with cationic groups.
9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que ledit polymère organique est choisi parmi les polyvinylimidazoles, les copolymères du vinylimidazole avec au moins un autre monomère, les polyéthylèneimines (PEI) , et les polymères non réticulés comprenant en tant que groupes échangeurs d' anions uniquement des groupes ammonium quaternaires et ne comportant pas de groupements aminés primaires et secondaires, et tertiaires, tels qu'un polybrêne .9. Method according to claim 8 characterized in that said organic polymer is chosen from polyvinylimidazoles, copolymers of vinylimidazole with at least one other monomer, polyethyleneimines (PEI), and non-crosslinked polymers comprising as exchange groups anions only of quaternary ammonium groups and not comprising primary and secondary, and tertiary amino groups, such as a polybrene.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que ledit hexacyanoferrate de métal est choisi parmi les hexacyanoferrates de cuivre, de cobalt, de zinc, de cadmium, l' hexacyanoferrate de nickel, 1 ' hexacyanoferrate de fer, et les hexacyanoferrates mixtes se rapportant à ces sels. 10. Method according to any one of claims 1 to 9 characterized in that said metal hexacyanoferrate is chosen from copper, cobalt, zinc, cadmium hexacyanoferrates, nickel hexacyanoferrate, iron hexacyanoferrate, and mixed hexacyanoferrates relating to these salts.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant les étapes successives suivantes :11. Method according to any one of claims 1 to 10, comprising the following successive steps:
- imprégnation d'un support solide avec une solution aqueuse d'un polymère échangeur d'anions pour former une pellicule dudit polymère sur ledit support solide ;- impregnation of a solid support with an aqueous solution of an anion exchange polymer to form a film of said polymer on said solid support;
- lavage à l'eau déminéralisée ; imprégnation du support solide ainsi revêtu d 'une pellicule de polymère échangeur d'anions, par une solution aqueuse d' hexacyanoferrate de métal alcalin; lavage à l'eau déminéralisée dudit support solide revêtu d'une pellicule de polymère échangeur d'anions auquel est fixé un hexacyanoferrate de métal alcalin;- washing with demineralized water; impregnation of the solid support thus coated with a film of anion exchange polymer, with an aqueous solution of alkali metal hexacyanoferrate; washing with demineralized water said solid support coated with a film of anion exchange polymer to which an alkali metal hexacyanoferrate is attached;
- addition d'une solution aqueuse d'un sel métallique au dit support solide revêtu, pour former un matériau solide composite fixant des polluants minéraux, comprenant le support solide revêtu d'une pellicule de polymère échangeur d'anions auquel est fixé un hexacyanoferrate de métal insoluble formant une couche mince . lavage à l'eau déminéralisée. - Adding an aqueous solution of a metal salt to said coated solid support, to form a composite solid material fixing mineral pollutants, comprising the solid support coated with a film of anion exchange polymer to which is fixed a hexacyanoferrate insoluble metal forming a thin layer. washing with demineralized water.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le polymère échangeur d'anions est choisi parmi les polymères échangeurs d'anions non réticulés comprenant en tant que groupes échangeurs d'anions uniquement des groupes ammonium quaternaires et ne comportant pas de groupements aminés primaires et secondaires, et tertiaires et éventuellement les polyéthylèneimines (PEI) .12. The method as claimed in claim 11, in which the anion exchange polymer is chosen from non-crosslinked anion exchange polymers comprising as anion exchange groups only quaternary ammonium groups and not comprising primary amine groups and secondary, and tertiary and possibly polyethyleneimines (PEI).
13. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que la solution de polymère organique est une solution dans l'eau, par exemple dans l'eau déminéralisée.13. Method according to claim 11 characterized in that the organic polymer solution is a solution in water, for example in demineralized water.
14. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que ledit hexacyanoferrate de métal alcalin est choisi parmi les hexacyanoferrates (II) et (III) de sodium ou de potassium.14. The method of claim 11 characterized in that said alkali metal hexacyanoferrate is chosen from hexacyanoferrates (II) and (III) of sodium or potassium.
15. Procédé selon la revendication' 11 caractérisé en ce que la solution aqueuse d' exacyanoferrate de métal alcalin est une solution dans l'eau pure, déminéralisée. 15. The method of claim '11 characterized in that the aqueous solution of alkali metal exacyanoferrate is a solution in pure water, demineralized.
16. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que ledit sel métallique est choisi parmi les sels de cuivre, cobalt, nickel, cadmium, zinc, fer.16. The method of claim 11 characterized in that said metal salt is chosen from copper, cobalt, nickel, cadmium, zinc, iron salts.
17. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'anion dudit sel métallique est choisi parmi les nitrates, sulfates, chlorures, et acétates.17. The method of claim 11 characterized in that the anion of said metal salt is chosen from nitrates, sulfates, chlorides, and acetates.
18. Procédé de fixation d'au moins un polluant minéral tel qu'un cation métallique contenu dans une solution, dans lequel on prépare tout d'abord un matériau solide composite fixant les polluants minéraux, à base d' hexacyanoferrate de métal, comprenant un support solide revêtu d'une pellicule d'un polymère échangeur d'anions auquel est fixé un hexacyanoferrate de métal insoluble par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17 sans étape finale de séchage, puis on met en contact en continu ladite solution avec ledit matériau solide composite fixant des polluants minéraux, dans le même récipient, tel qu'une colonne, où a été préparé ledit matériau.18. Method for fixing at least one mineral pollutant such as a metal cation contained in a solution, in which a composite solid material fixing the mineral pollutants is first prepared, based on metal hexacyanoferrate, comprising a solid support coated with a film of an anion exchange polymer to which an insoluble metal hexacyanoferrate is attached by the process according to any one of claims 1 to 17 without final drying step, then continuously contacting said solution with said solid composite material fixing mineral pollutants, in the same container, such as a column, where said material was prepared.
19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel ladite mise en contact est effectuée par percolation de la solution au travers du matériau solide composite fixant les polluants minéraux. 19. The method of claim 18, wherein said contacting is carried out by percolation of the solution through the composite solid material fixing the mineral pollutants.
20. Procédé selon la revendication 18, dans lequel la mise en contact est réalisée dans un lit fluidisé formé par le matériau solide composite dont la fluidisation est assurée par la solution contenant le polluant minéral. 20. The method of claim 18, wherein the contacting is carried out in a fluidized bed formed by the composite solid material whose fluidization is ensured by the solution containing the mineral pollutant.
21. Procédé selon la revendication 18 caractérisé en ce que ladite solution est une solution aqueuse .21. The method of claim 18 characterized in that said solution is an aqueous solution.
22. Procédé selon la revendication 18 caractérisé en ce que ladite solution est un liquide de procédé ou un effluent industriel.22. The method of claim 18 characterized in that said solution is a process liquid or an industrial effluent.
23. Procédé selon la revendication 18 caractérisé en ce que ladite solution est choisie parmi les liquides et effluents issus de l'industrie et des installations nucléaires et des activités mettant en oeuvre des radionucléides .23. The method of claim 18 characterized in that said solution is chosen from liquids and effluents from industry and nuclear installations and from activities using radionuclides.
24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 23, caractérisé en ce que ledit polluant est présent à une concentration de 0,1 picogramme à 100 mg/1. 24. Method according to any one of claims 18 to 23, characterized in that said pollutant is present at a concentration of 0.1 picogram at 100 mg / 1.
25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 24, caractérisé en ce que ledit polluant est issu d'un métal ou d'un isotope radioactif dudit métal.25. Method according to any one of claims 18 to 24, characterized in that said pollutant comes from a metal or a radioactive isotope of said metal.
26. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce que ledit polluant est choisi parmi les complexes anioniques, les colloïdes et les cations.26. The method of claim 25, characterized in that said pollutant is chosen from anionic complexes, colloids and cations.
27. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 26, caractérisé en ce que ledit polluant est un élément choisi parmi Cs, Co, Ag, Ru, Fe et Tl et les isotopes de ceux-ci. 27. A method according to any one of claims 18 to 26, characterized in that said pollutant is an element chosen from Cs, Co, Ag, Ru, Fe and Tl and the isotopes thereof.
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