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LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 1
Les Nanoparticules et l’Eau :les recherches menées dans un laboratoire
toulousainPascal Guiraud
LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 2
Laboratoire d’Ingénierie des SystèmesBiologiques et des Procédés
DIRECTION: N D Lindley / P Monsan / P Guiraud
UMR CNRS/INSA N°5504Institut Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes Institut Sciences BiologiquesInstitut Ecologie et Environnement
UMR INRA/INSA N° 792Microbiologie et Chaîne AlimentaireCaractérisation et Elaboration des Produits Issus de l’Agriculture
LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 3
Fermentation and Bioprocess Engineering
Transfer, Interfaces, Mixing
Enzyme Catalysis and Molecular Engineering
Microbial Physiology and Metabolism
Separation, Oxydation and Hybrid Processes
240 persons structured in 5 interactive research groups
LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 4
Fermentation and Bioprocess Engineering
Transfer, Interfaces, Mixing
Enzyme Catalysis and Molecular Engineering
Microbial Physiology and Metabolism
Separation, Oxydation and Hybrid Processes
Environ 50 personnes sur l’eau
Activités liées à l’eau
LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 5
Yanping LiuMallorie TourbinFanny SpringerSébastien Lachaize
LPCNOLouis LopezChristophe Ellero+Zhujun Huang+Dominique Legendre
IMFT
Une partie de l’équipe – un grand merci à eux
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Nanoparticules SiO2
Nanoparticules SiO2
agglomerées
Nanoparticulerecouverte de tensio-actifs
Nanoparticules?
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Pourquoi s’intéresser aux NPs?
Elimination des NPs :
un défi important dans un proche
avenir
eaux usées industrielles
ressources hydriques
� développement rapide des nanotechnologies
� peu préoccupé par le traitement des pollutions
nanoparticules
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Coagulation
OzonationChloration
UV
Décantation
FiltrationDégrillage
Coagulation
OzonationChloration
UV
Décantation
FiltrationDégrillage
Sommes nous certains que les procédés classiques retiennent les NPs?
NPs et production d’eau potable ?
LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 9
Treatedwater
Sludge treatmentSludge treatment
Pre-Pre-treatmentstreatments
Riv
er
Excess sludge extraction Excess sludge extraction
Wastewater treatmentWastewater treatment
Sludgedisposal
BiodegradationBiodegradation ClarificationClarification
RecyclingRecycling
Wastewater
Même question, principalement pour les rejets industriels à l’heure actuelle
NPs et traitement d’effluents ?
LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 10
Comment commencer une étude ?
Question 1: quelles particules ? (nano-SiO 2)
produits en grandes quantités (10 2-103 ton/an) +produits commerciaux disponibles (Klebosol ® 30R50 et 30R25 )
Question 2: quel procédé ? (flottation, coagulation , membranes)
Ex. des effluents de polissage chimique et mécaniqu e (CMP) par flottation à air dissous (FAD) (Lien and Liu, 2006).
LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 11
Microscopie électronique à transmission (MET)
Caractérisation (taille - MET)
30R25d ≈ 37 nm
30R50 d1 ≈ 90 nm, d 2 ≈ 45 nm
200 nm 100 nm
LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 12
0.1
1
10
100
1000
0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1
Volume concentration (%)
Tu
rbid
ity (
NT
U))
30R50
0.1
1
10
100
0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100
Volume concentration (%)
Tur
bid
ity (
NT
U)°
30R25
Evolution expérimentale de la turbidité avec la con centration en nanoparticules
Caractérisation (turbidité)
30R50 30R25
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Air comprimé
Réservoir sous
pression
P=0-2,5 bars
5 Litres
Cellule de filtration
perméat
Filtration par membrane
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00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
11.1
0 20 40 60 80 100
Deposited mass / Membrane surface (g.m -2)
Lp/L
p0
2 bar, 10 kDa
2.0 bar, 100 kDa
TURBIDITE INITIALE NTU: [76-80]
0 – 1h
NTU=1.4
R=98.1%
1h – 2h
NTU=0.3
R=99.6%
2h – 3h
NTU=0.1
R=99.9%0 – 1h
NTU=2.2
R=97.1%
1h – 2h
NTU=0.3
R=99.6%
Filtration par membrane : résultat
LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 15
25 mL
tempst = 0
AlCl 3 ou CTABagrégation + sédimentation
Séparation par agrégation puis sédimentation
> 99% de la turbidité éliminée par agrégation + séd imentation
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Séparation par flottation
LISBP • Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés • Page 18
Comment financer ces recherches?
Au débutINSA projet inter-laboratoire LISBP-LPCNO 20 k€Université de Toulouse projet LISBP-LPCNO-IMFT 20 k€
Pour démarrer réellementRégion Midi-Pyrénées 20 k€CNRS Projet Exploratoire Pluridisciplinaire 40 k€CNRS 2ans de salaire pour un chercheur ~70k€
Pour travailler3 ans de bourse du China Scholarship Council 40 k€2 ans de postdoc ANR 70 k€Projet ANR Nanosep 100k€