Synthèse de la nitrate-cancrinite

Comme énoncé précédemment, la synthèse de la nitrate-cancrinite a déjà été décrite dans la littérature [127]. Pour cela des quantités de précurseurs d’aluminium, de silicium et de sodium respectant la stœchiométrie de cette zéolithe vont être mélangées. Le Tableau IV.6 montre les différentes quantités utilisées lors de nos synthèses comparées à celles de la littérature.

117

Tableau IV.6 : Les différentes voies de synthèse de la nitrate cancrinite

Voies de synthèse ^NaNO3 (mol) NaOH (mol) Al2O3.Na2O (mol) Na2SiO3 (mol) Si Sol. Alcaline (mL) SiO2 pur (mol) H2O (mL) Expérience A [127] 0,16 0,27 0,02 0,04 - - 80 Expérience B 0,16 0,27 0,02 - - 0,04 80 Expérience C 0,16 - 0,02 - 16 - 10

Trois synthèses ont donc été réalisées avec différents précurseurs de silicium: l’une utilisant le silicate de sodium (servant de référence : expérience A), l’une utilisant la silice (issue du traitement acide des MCA : expérience B) et une dernière utilisant la solution alcaline (issue du traitement en milieu basique des MCA contenant une amphibole: expérience C) et qui comporte du silicium dissout (sous forme d’un silicate de sodium soluble). Pour les expériences A et B de la soude (NaOH, Sigma Aldrich) a été dissoute dans 70 mL d’eau distillée à l’aide d’une agitation magnétique. Dans le cas de l’expérience C, la soude n’a pas été utilisée car la solution alcaline utilisée comporte déjà une très grande proportion de sodium et permet d’obtenir un milieu suffisamment basique (milieu propice à la formation de zéolithe). Suite à cette étape le précurseur de silicium est ajouté à la solution de soude. Là encore, pour l’expérience C, cette étape n’est pas nécessaire car le silicium est déjà présent dans la solution alcaline (0.04 mol pour 16 mL de solution). Cette solution est alors agitée durant 1 heure à température ambiante. Cette étape permet d’assurer un mélange optimal des différentes phases. En effet, pour l’expérience B la silice pure ne possède pas la même réactivité que le silicate de sodium commercial (Na2SiO3.9H2O, Sigma Aldrich) utilisé lors de l’expérience A. Finalement, le nitrate de sodium (NaNO3, Sigma Aldrich) est ajouté à la solution obtenue (ou déjà prête pour l’expérience C) et mélangé jusqu’à l’obtention d’une phase homogène. En parallèle de ces étapes, la solution comportant le précurseur d’aluminium est préparée par dissolution de l’aluminate de sodium (Al2O3.Na2O, Sigma Aldrich) dans 10 mL d’eau distillée. Deux solutions différentes sont ainsi obtenues puis mélangées dans une bouteille en verre. Après fermeture et l’agitation énergétique de cette bouteille un gel est obtenu instantanément. Un gel coloré est obtenu du fait de la légère coloration de la silice qui a servi comme précurseur. Comme énoncé précédemment, cette silice est pure à 99%, le pourcentage étant composé de trace de fer, calcium et soufre. Ceux sont ces traces qui donnent cette coloration. Un second lavage à l’acide nitrique (2 moles par litre) a été réalisé menant à l’obtention de silice pure à plus de 99,9 % et parfaitement blanche.

Chapitre IV | Valorisation des produits issus du traitement chimique des déchets amiantés

118

Figure IV.5 : Gel obtenu après le mélange des précurseurs servant à la synthèse de la nitrate cancrinite

Cette bouteille est placée à l’étuve à 90°C pendant 2 jours. Cependant il a été démontré [127] par diffraction des rayons X que la phase nitrate cancrinite apparaît au bout d’une heure seulement. Le gel obtenu après ces deux jours est ensuite filtré puis lavé jusqu’à ce que les eaux de lavage atteignent un pH de 7. Le solide est ensuite séché à 90°C pendant 1 nuit à l’étuve. Afin de confirmer la phase obtenue une analyse par diffraction des rayons X a été réalisée sur les trois solides (Figure IV.6).

119

Cette figure nous montre que les trois expériences permettent d’obtenir la phase nitrate cancrinite. Cependant il faut noter la présence de certains pics d’impureté. Sur le diffractogramme de l’expérience C on constate la présence de pics correspondant au nitrate de sodium. Ces pics proviennent donc du nitrate de sodium qui a été ajouté lors de la synthèse en trop grande quantité. Ceci s’explique par l’utilisation de la solution alcaline qui contient une grande quantité de sodium, ce qui a dû fausser légèrement (au vu de la proportion entre les pics d’impuretés et les pics de la phase cancrinite) le calcul des quantités de matières à utiliser lors de la synthèse.

Suite à l’analyse DRX, une analyse MEB-EDS a été effectuée sur la poudre de la nitrate-cancrinite de l’expérience B. Cette expérience a été choisie car le composé obtenu ne présente que très peu d’impuretés, mais surtout car le traitement des déchets amiantés permet de produire une quantité de silice (pure) significativement plus importante, comparé aux quantités de solutions alcalines obtenues. En effet, lors de la prochaine partie les mesures d’adsorption vont demander une grande quantité de nitrate-cancrinite et donc une grande quantité de précurseurs de silicium. La Figure IV.7 nous montre que cette zéolithe semble posséder une structure filamenteuse orientée.

Figure IV.7 : Analyse MEB de la nitrate-cancrinite synthétisée selon l’expérience B

La composition chimique de cette poudre a ensuite été déterminée à l’aide de l’EDS sur différentes parties de l’échantillon. Le Tableau IV.7 montre que la poudre obtenue possède un ratio Si/Al très proche de 1 comme attendu.

Chapitre IV | Valorisation des produits issus du traitement chimique des déchets amiantés

120

Tableau IV.7 : Analyse EDS de la composition de la nitrate-cancrinite issue de l’expérience B (% atomique)

Atomes Na (%) Si (%) Al (%) O (%) N (%)

Nitrate-cancrinite [127] 15,4 11,5 11,5 57,7 3,9

Expérience B 14,3(8) 10,5(3) 10,3(2) 63,9(7) 0,9(2)

Si l’on compare les résultats de l’expérience B avec ceux d’une nitrate cancrinite idéale, on remarque que l’on obtient plus d’oxygène qu’attendu et une plus faible quantité d’azote. On peut déjà supposer que dans la nitrate-cancrinite synthétisée, 3 groupements nitrate (NO3^-) ont été remplacés par 3 hydroxyde (OH-) et des molécules d’eau ; ce qui donnerait la formule générale suivante : Na8[Al6Si6O24](NO3)0.5 – X H2O. Il faudra attendre l’analyse structurale pour tirer des conclusions de ce résultat (présence d’OH dans la structure, etc.). Pour finir, une analyse d’adsorption/désorption a été réalisée sur la poudre de nitrate cancrinite broyée de l’expérience B. La Figure IV.8 nous montre la courbe obtenue avec l’azote utilisé comme gaz.

Figure IV.8 : Mesure d’adsorption/désorption de la nitrate-cancrinite B

Cette figure nous montre que nous sommes en présence d’un solide mésoporeux (Cf. Chapitre II). La méthode BET montre que cette zéolithe possède une surface spécifique de 63,0 m2/g. Cette valeur reste faible car d’après le seul résultat de mesure d’adsorption trouvé dans la

121

littérature il est possible d’obtenir une cancrinite (carbonate-cancrinite) possédant une surface spécifique de 278,9 m2/g [131]. Ceci peut être expliqué par la présence d’eau dans les pores de la structure cancrinite entraînant une diminution de la porosité.