Les tensioactifs en extraction liquide-liquide

Le caractère amphiphile (hydrophile-lipophile) des tensioactifs les rend très utiles dans de nombreux domaines et dans de multiples opérations et procédés. Les applications des tensioactifs dans des opérations unitaires pour des séparations industrielles, ainsi que dans la protection de l'environnement, ont fait l’objet de nombreux travaux (Rosen, 1987 ; Scamehorn et Harwell, 1989 ; Canselier et al., 1995 ; Canselier et al., 2007).

L’extraction liquide-liquide est un exemple d’application des tensioactifs dans les opérations unitaires. Selon le type de tensioactif et la façon de l'utiliser, on distingue quatre principaux procédés : l’extraction par membrane liquide, l’extraction par les micelles inverses, l’extraction par microémulsion, et l’extraction par point de trouble, dite par coacervat.

CHAPITRE 1 NOTIONS FONDAMENTALES ET ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

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1.6.5.1 Extraction par membrane liquide

Les procédés à membrane liquide ont été longtemps considérés comme une technologie prometteuse pour remplacer les membranes de polymère (Scamehorn et Harwell, 1988). Les membranes liquides étaient réalisées sous forme de films minces supportés, pouvant être adaptés à chaque cas spécifique. Pour maintenir l’intégrité de l’émulsion durant le procédé d’extraction, la phase membrane contenait généralement des tensioactifs, additifs comme agents solubilisants (Gum et al., 1988).

L’extraction est réalisée par la diffusion du composé (i) de la phase (1) à travers la membrane liquide vers la phase (2) qui renferme le composé (i) en faible concentration.

Le fait de ne pas avoir à disperser le solvant d’extraction dans la phase d’alimentation rendait la séparation ultérieure des phases plus aisée. Mais se posaient alors ensuite des questions délicates de maintien de la surface d’échange entre phases et de la stabilité des films liquides supportés, qui ont fait qu’il n’y a pratiquement pas eu de réalisations industrielles de ce mode de contact.

1.6.5.2 Extraction par micelles inverses

Pour ce procédé, il est impératif de connaître la structure et la concentration du tensioactif, la nature de la phase organique, ainsi que le pH et la concentration de l’électrolyte dans la phase aqueuse, qui sont des paramètres clefs dans la détermination de l’importance de la solubilisation. Une variation des paramètres du système doit permettre une solubilisation sélective du soluté en question (Scamehorn et Harwell, 1988 ; Hatton, 1989). L’application principale de cette méthode a concerné l’extraction des protéines.

1.6.5.3 Extraction par microémulsion

Une microémulsion est par nature un système thermodynamiquement stable. Elle consiste en un mélange homogène d'huile et d'eau stabilisé par un ou plusieurs agents tensioactifs (Hoar et Schulman, 1943 ; Bowcott et Schulman, 1955). La microémulsion est caractérisée par une aire interfaciale très développée entre les domaines d'huile et d'eau, une faible tension interfaciale vis-à-vis des « vraies » phases aqueuses ou organiques, et une grande capacité de solubilisation. Toutes ces propriétés rendent les microémulsions très spécifiques.

Les applications industrielles des micro-émulsions se sont multipliées au cours des 40 dernières années, suite à une compréhension accrue de la formation, de la stabilité et du rôle

de l'architecture moléculaire du tensioactif, comme dans la mise au point de formulations telles que des huiles lubrifiantes (Gusi et al., 1997) ou dans l’exploitation de la microémulsion en tant que solvant à pseudo-phase-unique ou comme solvant à deux phases (Winsor, 1948) :

• type I : le tensioactif est de préférence soluble dans l'eau et on obtient une microémulsion huile-dans-l’eau (H / E) (Winsor I). La phase aqueuse riche en tensioactifs coexiste avec la phase huileuse en excès où le tensio-actif est présent en tant que monomères à faible concentration.

• type II : l'agent tensioactif est essentiellement dans la phase huile et on obtient une microémulsion eau-dans-huile (E / H). La phase huileuse riche en tensioactif coexiste avec la phase aqueuse en excès pauvre en tensioactif (Winsor II).

• type III : un système triphasé où une phase riche en tensioactif riche coexiste en phase intermédiaire avec la phase huileuse pauvre en tensioactif et l'excès d’eau (Winsor III ou phase médiane microémulsion).

• type IV : une solution à phase unique (isotrope) micellaire, qui se forme lors de l'addition d'une quantité suffisante de composé amphiphile (tensioactif plus alcool).

Selon le type de tensioactif et la nature de l'échantillon, les types I, II, III ou IV se forment préférentiellement, le type dominant étant lié à l'arrangement moléculaire à l'interface comme le montre la Figure 1.18. Dans le système à trois phases, la microémulsion intermédiaire M est en équilibre à la fois avec l'excédent d'huile (O) et l’excédent d'eau (W).

Figure 1.18 : Classification de Winsor et ordre des phases des microémulsions selon la température ou la salinité pour le tensioactif non ionique et ionique respectivement

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1.6.5.4 Extraction par point de trouble

Cette méthode analytique a été utilisée initialement par Watanabe et Tanaka (1978) pour l'extraction d'ions métalliques à partir de solutions aqueuses après addition d'un tensioactif non ionique et d'un agent chélatant approprié.

L'extraction par point de trouble a été améliorée par de nombreux chercheurs qui ont trouvé en cette opération de nombreux avantages (Hinze, 1992 ; Akita et Takeuchi, 1996).

Cependant un nombre limité de travaux ont été consacrés à l’étude des paramètres expérimentaux qui influencent le pouvoir d'extraction par point de trouble. Dans notre laboratoire, cette technique a néanmoins fait l’objet de nombreux travaux depuis une bonne dizaine d’années. On peut citer les travaux antérieurs de notre équipe de recherche, tels que la mise en œuvre d’un procédé adapté aux solutions phénoliques utilisant des alkylphénols éthoxylés (de Barros Neto, 1999), le traitement de solutions de phénol, d'alcool benzylique, d’effluents d’huiles de coupe minérales et d’encres de sérigraphie par des alcools éthoxylés (Haddou, 2003 ; Haddou et al., 2003) et l'extraction de polluants organiques dissous (phénol, alcools et amines aromatiques) à partir de solutions modèles par des alcools oxo éthoxylés, et de polluants métalliques solubles (Ni++_{, Cd}++_{, Pb}++_{, Cr}3+_{) ; c’est également à partir du} traitement de solutions modèles par un mélange de tensioactifs non ionique (AE) et anionique (Duarte, 2005), qu’a été dévoilé un intérêt particulier de cette technique.