Synthèse, caractérisation et applications des résines Amberlite XAD ...

Synthèse, caractérisation et
applications des résines Amberlite
XAD-2 modifiées avec le pyrocatechol
pour la préconcentration et la
détermination des ions métaux par
FAAS
Pankaj Kumar Tewari, Ajai Kumar Singh (2000)
Duval G., Université de La Garde,
20/12/2007
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Sommaire
• Introduction
• Synthèse de la résine
• Caractérisation
• Conditions optimales
• Cinétique de la sorption des ions métaux
• Conditions retenues pour l’étude
• Détermination des ions métaux dans les échantillons de
rivières
• Détermination des ions Co(II) dans des tablettes multi
vitaminées
• Bilan
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Introduction
• Résines complexantes: Haute sélectivité pour
les ions métaux
• Sites complexants obtenus en greffant des
ligands de molécule de petites tailles
• Précédentes études prometteuses avec les
résines Amberlite XAD-2 et 4
• Etude du ligand pyrocatechol(PC) pour les ions
Cd(II), Co(II), Cu(II), Fe(III), Ni(II) et Zn(II)
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Synthèse de la résine
? La résine aminé est suspendue dans
200 ml d’un mélange eau/glace
? Ajout d’un mélange NaNO 2 (1M) et
HCL(1M) à -5°C
? Obtention d’une couleur violette
? Filtration et lavage par de l’eau glacée
? Immersion dans du PC(5g dans 250ml
de solution de NaHO à 10%) à 0-5°C
pendant 24h
? Filtration et séchage
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• TGA : 2étapes
Caractérisation
– 0-120°C: 7,9% de masse en moins
– Après 120°C: 49% de masse en moins
• Spectre IR: 2 bandes additionnelles à 3445 et
1629 cm -1
– A saturation déplacement de la bande due groupe
azote de 8-20cm -1
– Supposition que le groupe azote soit en majeur partie
responsable de la sorption des ions métaux.
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Conditions optimales
• Etude réalisée avec le passage d’une solution avec un
ion métal (0.1-0.2mg.l -1 ) dans une colonne avec 1g de
résine
Paramètres
pH
Débit(ml.min -1 )
Concentration en HCl/HNO 3 pour la désorption(M)
Capacité de sorption de la résine(mmol.g -1 x 10 -3 )
Temps de mi-chargement
Récupération moyenne
Cd(II)
4,0-5,0
2,0-4,0
1,0/2,0
40,9
1,4
98
Co(II)
4,0-6,5
2,0-4,0
1,0/1,0
23
4,8
97
Cu(II)
4,5-5,5
2,0-6,0
0,5/1,0
92,5
1,6
98
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Ions métaux
Fe(III)
3,0-4,0
2,0-5,0
2,0/1,5
73,5
3,2
98
Ni(II)
5,0-6,0
2,0-6,0
2,0/2,0
53,1
2,3
100
Zn(II)
5,5-6,0
2,0-4,0
2,0/2,0
28,3
1,8
97
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Cinétique de la sorption des ions
métaux
• Méthode du batch avec 0,5g de résine et 50ml de solution
contenant un des ions métaux(100mg.l -1 ) agité électriquement
% de saturation de la résine
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Cinétique de la sorption des ions métaux sur XAD-2
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Temsp(min)
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Cd(II)
Co(II)
Cu(II)
Fe(III)
Ni(II)
Zn(II)
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Conditions retenues pour l’étude
• Débit de 2-4ml.min -1 :
– 4: équilibre mauvais entre les ions et la résine
• Volume de HCl/HNO 3(2M) pour la desorption de
10ml:
– 6ml suffisant pour 95% de récupération pour Cd et Zn
– 8ml suffisant pour 95% de récupération pour les
autres
• Utilisation des mêmes résines tout au long de
l’étude: stabilité de pouvoir de sorption
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Détermination des ions métaux
dans les échantillons de rivières
• 2 méthodes en faisant passer 500ml d’échantillon
à travers la colonne de manière:
– Directe
– Avec l’addition de standard(SA): 50-500µg d d’un ion
métal
Yamuna river,
Delhi
Methode
Direct
SA
Cd
25
23
Co
61
58
Cu
1458
1434
Ions métaux (µg.l-1)
? Méthode correcte puisqu’il y a très peu de
différence entre résultats obtenus via les 2
méthodes
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Fe
374
360
Ni
118
103
Zn
257
337
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Détermination des ions Co(II) dans
des tablettes multi vitaminées
• 10 tablettes(3,38g) chauffé jusqu’à 250°C
en mélange avec 2 ml de HNO 3 ? résidu
• Dissolution du résidu dans 20 ml de HNO 3
puis placement dans un
bain? évaporation? résidu
• Ajout de 50 ml d’ED et HNO 3 à la goutte
en chauffant modérément? solution claire
• Résultat: 1,95µg.g -1 contre1,99 certifié
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Bilan
• Détermination: résultats = à la plupart des autres résines, titron
chargé sur XAD-2 présente les meilleurs résultats
Ligand
PC
Titron
Cd
40,9
84,51
Co
23
110,2
Ions métaux(µmol.g -1 )
? Préconcentration: résultats = à toutes les autres résines
Ligand
PC
Titron
Cd
200
48
Co
200
56
Cu
92,5
220,3
Cu
100
200
Ions métaux
? Préconcentration: résultats = à toutes les autres résines
? Autres avantages:
- Faible temps de demi chargement
- pH faible? très faible probabilité de complexer avec les ions
HO-
- Acide pour désorber en quantité convenable? possibilité de
réutiliser les résines
Fe
73,5
100,2
Fe
80
80
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Ni
53,1
214,6
Ni
200
150
Zn
28,3
169,7
Zn
200
180
11