Brevet FR2886867A1 — publié le 20061215

La présente invention entre dans le domaine du traitement d'effluent, en particulier dans la fabrication de moyens de traitement d'effluent et le traitement d'effluent par ces moyens. L'invention entre aussi dans le domaine de la formulation de papier, en particulier dans la fabrication et l'utilisation d'agents liants ou de fixateurs dans les pâtes à papiers. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'un composé de type gel ayant des propriétés adsorbantes, chélatantes, complexantes et liantes, ainsi que le gel issu de ce procédé. Le traitement d'effluent intervient dans plusieurs domaines souvent liés au recyclage de solution, par exemple le recyclage de pâtes à papier ou le traitement de l'eau, mais aussi dans la décoloration de solution, l'adsorption de polluants, etc. Il est alors nécessaire d'utiliser un produit qui servira, selon le cas, d'agent adsorbant pour polluants de type organique et/ou métallique, d'agent floculant, complexant, chélatant, décolorant, liant ou fixateur. Généralement, les produits adsorbants se basent sur l'utilisation de charbons actifs ou de composés chimiques de synthèse, comme des résines synthétiques, qui sont modifiés pour obtenir les qualités et caractéristiques nécessaires au traitement envisagé. Les procédés les plus utilisés comprennent des charbons actifs comme systèmes adsorbants. Cependant, les charbons se saturent très vite et nécessitent alors des traitements de régénération, très onéreux. De manière connue, un autre état de la technique envisage également l'utilisation dans des procédés de traitement, notamment de décoloration d'effluent, d'un composé constitué de manière à permettre la formation d'un précipité. Dans d'autres procédés, un coagulant cationique soluble est utilisé, en combinaison ou non avec un polymère. Tous ces procédés posent l'inconvénient d'utiliser des produits chimiques, comme de protéines, dont la synthèse reste onéreuse et qui sont rarement biodégradable, générant une pollution de l'environnement et des coûts supplémentaires de retraitement ou de régénération. De plus, les charbons actifs présentent un manque de sélectivité vis-à-vis de certaines molécules et possèdent peu d'affinité pour des polluants hydrophiles. Pour pallier ces inconvénients, il a été imaginé d'utiliser des polymères naturels, comme des polysaccharides (par exemple l'amidon, la cellulose, la chitine, la chitosane ou analogue), en tant que solides adsorbants. Ces polymères naturels présentent l'avantage d'être à la fois efficaces et bon marché. Un procédé de l'état de la technique utilise aussi un gel biodégradable jouant le rôle de coagulant à base de protéines, naturelles ou végétales, de soja. Un monomère cationique est ajouté afin de quaterniser ladite protéine pour conférer au gel ses propriétés chimiques. Toutefois, ce procédé n'apporte pas entière satisfaction. L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en proposant un procédé de fabrication d'un composé de type gel à base de farine de blé. L'invention concerne aussi le gel issu du procédé précédent. La présente invention concerne donc un procédé de fabrication d'un composé de type gel, pour le traitement d'effluent et/ou la formulation de pâte à papier, dans lequel ledit gel est obtenu par réticulation d'une solution à base de farine de blé brute non traitée par un agent réticulant, au sein d'un réacteur maintenu sous agitation constante, jusqu'à obtention d'un solide, après lavage, purification et filtration dudit solide puis par fonctionnalisation par activation chimique de ce dernier. Avantageusement, l'étape de réticulation consiste à : - mettre en suspension de la farine de blé dans une solution de soude; - ajouter du borohydrure de sodium; - chauffer la solution pendant quatre heures; ajouter simultanément goutte à goutte un agent réticulant et une solution d'ammoniaque; - ajouter de la paraffine; - chauffer la solution obtenue à 50 c pendant deux heures; - ajouter de l'acétone. De préférence, l'agent réticulant est de type époxy et consiste en de l'épichlorohydrine, du 1,2-éthanediol-diglycidyl éther, du 1,4-butanediol-diglycidyl éther, ou du 1,3- diglycidylglycérol. De plus, le lavage, le filtrage et la purification consistent à refroidir le gel obtenu, le filtrer, le laver et le purifier au soxhlet et/ou avec de l'éthanol, de l'acétone et de l'eau. Avantageusement, l'étape de fonctionnalisation consiste à : -mettre ledit gel en suspension dans une solution de soude; - ajouter du réactif de fonctionnalisation; - chauffer le mélange obtenu à 50 c pendant vingt heures; - refroidir la solution et la neutraliser par de l'acide chlorhydrique; - laver à l'éthanol, à l'acétone, et à l'eau, puis sécher le composé obtenu. Préférentiellement, le réactif de fonctionnalisation est du chlorure de 2, 3-epoxypropyltriméthylammonium, de l'acide chloroacétique ou de la 2chloroéthylamine. L'invention concerne aussi un composé de type gel issu du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention. La présente invention entre dans le domaine du traitement d'effluent, solution ou analogue. Elle entre aussi dans le domaine de la formulation de papier. En particulier, la présente invention concerne la synthèse d'un composé de type gel à la fois amphiphile et complexant, destiné à jouer le rôle d'adsorbant de polluants organiques et/ou métalliques, d'agent floculant, complexant, liant, décolorant et/ou fixateur. Une caractéristique de l'invention réside dans le fait que ce composé est un biopolymère à base de farine de blé. A ce propos, cette farine est présentée comme un sous-produit agroalimentaire déprotéinée et enrichie en amidon. Ce sous-produit ne nécessite aucun pré-traitement et est utilisé tel quel. L'amidon est une ressource naturelle, renouvelable, bon marché et biodégradable. Toutefois, modifié, il est capable d'adsorber sélectivement avec efficacité des molécules polluantes comme les métaux lourds, les colorants ou encore les dérivés aromatiques. La synthèse d'un tel composé réside essentiellement en deux étapes distinctes réalisées dans un milieu aqueux basique. La synthèse consiste, d'une part, en une modification chimique par réticulation et, d'autre part, en une étape de fonctionnalisation par activation chimique. La réticulation est une création de pontage entre les chaînes macromoléculaires. Cette opération crée un réseau aminé tridimensionnel qui donne au matériau à la fois des propriétés physico-chimiques et amphiphiles particulières. Sont alors obtenus des réseaux réticulés comprenant des surfaces spécifiques et possédant une basicité variable, notamment en fonction essentiellement de la quantité d'ammoniaque introduite, ainsi que des propriétés de gonflement dans l'eau dû à la nature hydrophile du gel. Un avantage se traduit par une meilleure diffusion du polluant dans le gel et par une cinétique d'adsorption plus rapide. La fonctionnalisation par activation chimique consiste en un greffage de molécules actives. Cette étape confère à la surface dudit gel un caractère d'échange d'ions, grâce à ses propriétés complexantes et chélatantes. Ce caractère d'échange va s'associer aux propriétés hydrophiles et hydrophobes du gel pour permettre de meilleurs résultats en terme de capacité d'adsorption et/ou de rendement de fixation. Cette étape de fonctionnalisation dépend de l'utilisation finale dudit gel et est fonction de l'effluent et du polluant à traiter. Elle sert essentiellement à augmenter les propriétés adsorbantes et/ou de fixation du gel préalablement réticulé. Le caractère d'échange d'ions peut être optimisé à partir des conditions expérimentales. Entre la synthèse par réticulation et l'étape de fonctionnalisation, le gel subit une étape de purification par extraction au soxhlet. Le gel est, ainsi, refroidi, filtré et lavé au soxhlet et/ou avec de l'éthanol, de l'acétone et de l'eau. Il convient de noter que la synthèse du gel est réalisée dans un réacteur, en particulier dans un réacteur à double paroi qui permet de maintenir la température constante. De plus, une agitation constante est maintenue à l'intérieur dudit réacteur, notamment au travers de moyens d'agitation de type mécanique ou analogue. Dans ces conditions, la synthèse par réticulation commence par la mise en suspension de la farine de blé dans une solution de soude. La concentration de soude pourra être de l'ordre de 40%. Pour une solution de 50 ml de soude à 40%, il convient d'y mélanger 10 g de farine. A ce propos, les proportions mentionnées dans la suite de la description seront en adéquation avec le dosage précédemment 25 évoqué. Du borohydrure de sodium, de formule chimique NaBH4, est ajouté à la solution. Proportionnellement, il convient d'ajouter 50 mg de NaBH4. La solution est ensuite portée à 50 C, puis agitée pendant 30 quatre heures. Un agent réticulant et une solution d'ammoniaque sont simultanément ajoutés goutte à goutte. Cet ajout s'effectue tout en maintenant une forte agitation à 50 C. L'agent réticulant est de type époxy et peut être composé d'épichlorohydrine, du 1,2-éthanediol-diglycidyl éther, du 1, 4-butane-diol-diglycidyl éther, ou du 1,3-diglycidylglycérol. La quantité d'agent réticulant s'élève à 70 ml tandis que la solution d'ammoniaque s'élève à 94 ml. De la paraffine est ajoutée, notamment dans une quantité de 50 ml, avant de continuer à chauffer le mélange à 50 c pendant 5 deux heures. Dans les mêmes conditions, est ajouté une solution d'acétone, en particulier 150 ml. L'agitation est encore maintenue pendant une heure avant refroidissement du mélange obtenu et les étapes de filtration, 10 de lavage et de broyage. Le produit issu de ce procédé de synthèse par réticulation se présente alors sous la forme d'une poudre légèrement jaunâtre. Le matériau peut être activé chimiquement par le greffage de ligands qui vont conférer au gel des propriétés d'échangeurs d'ions. Cette étape de fonctionnalisation consiste, tout d'abord à mettre le gel obtenu en suspension dans une solution de soude à température ambiante. La teneur de cette solution peut être de 20%. Le mélange obtenu est ensuite agité à température ambiante pendant quatre heures, avant l'ajout du réactif de fonctionnalisation qui peut être du 2, 3-epoxypropyltriméthylammonium, de l'acide chloroacétique ou de la 2chloroéthylamine. Il convient alors de chauffer le mélange pendant vingt heures à 50 c. Après cette période, la solution est refroidie puis neutralisée à l'acide chlorhydrique. Le filtrat obtenu est enfin lavé à l'éthanol, à l'acétone, 30 et à l'eau puis séché. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés et décrits précédemment qui peuvent présenter des variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un composé de type gel, pour le traitement d'effluent et/ou la formulation de pâte à papier, dans lequel ledit gel est obtenu par réticulation d'une solution à base de farine de blé brute non traitée par un agent réticulant, au sein d'un réacteur maintenu sous agitation constante, jusqu'à obtention d'un solide, après lavage, purification et filtration dudit solide puis par fonctionnalisation par activation chimique de ce dernier. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de réticulation consiste à : - mettre en suspension de la farine de blé dans une solution de soude; - ajouter du borohydrure de sodium; -chauffer la solution pendant quatre heures; - ajouter simultanément goutte à goutte un agent réticulant et une solution d'ammoniaque; -ajouter de la paraffine; chauffer la solution obtenue à 50 c pendant deux heures; - ajouter de l'acétone. 8. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'agent réticulant est de type époxy et consiste en de l'épichlorohydrine, du 1,2éthanediol-diglycidyl éther, du 1,4-butane-diol-diglycidyl éther, ou du 1, 3-diglycidylglycérol. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lavage, le filtrage et la purification consistent à refroidir le gel obtenu, le filtrer, le laver et le purifier au soxhlet et/ou avec de l'éthanol, de l'acétone et de l'eau. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de fonctionnalisation consiste à : -mettre ledit gel en suspension dans une solution de soude; - ajouter du réactif de fonctionnalisation; - chauffer le mélange obtenu à 50 c pendant vingt heures; refroidir la solution et la neutraliser par de 5 l'acide chlorhydrique; laver à l' éthanol, à l'acétone, et à l'eau, puis sécher le composé obtenu. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le réactif de fonctionnalisation est du chlorure de 2,3epoxypropyltriméthylammonium, de l'acide chloroacétique ou de la 2chloroéthylamine. 7. Composé de type gel issu du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.