# ETUDE DES CARACTÉRISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES GELS DE POLYACRYLAMIDES

Aoun Jawad, Bouaoun Dunia

Université libanaise, Faculté des sciences, Département de chimie, Fanar, Liban

Les gels de polyacrylamides (PAA) constituent un moyen moderne et original pour réduire la consommation d'eau et améliorer les procédés de dépollution.

Cet article examine les propriétés physico-chimiques et les performances des PAA telles que : l'hydrophilie, la rétention des solutés, les échanges ioniques avec le milieu environnant et la stabilité mécanique des gels.

Le comportement physico-chimique des hydro-rétenteurs est largement affecté par les conditions imposées (température, pH, force ionique) par le milieu extérieur.

Les hydro-rétenteurs ont montré leur efficacité pour concentrer les sels dissous et stabiliser les effets osmotiques du milieu. Les fluctuations du milieu sont régulatisées par un mécanisme réversible et rapide de rétention et de relargage des espèces chargées entre le gel et le milieu environnant. Ainsi, les PAA se comportent comme une pseudo-membrane dialysante. Les phénomènes d'échange et d'équilibre engendrés par les modifications du milieu extérieur doivent pouvoir s'appliquer en accord avec la loi d'équilibre de Donnan.

Polyacrylamide gels (PAA) forms a new and original way for water consumption as well as improvement their depollution processes. In order to an evaluation of their performances, the physico-chemical properties were examined in this study.

This article studies carefully the evaluation of the hydrophilic, the solute uptake and the ionic exchange properties of the PAA.

The physico-chemical behaviour of water-storing PAA is largely affected by external conditions (pH, temperature, ionic strength).

PAA has showed their efficiency to concentrate dissolved salts and to stabilize osmotic effects between gel and solution. Fluctuations of the surrounding are adjusted by a quick reversible mechanism of uptaking and releasing of charged species between the gel and the surroundings. The exchange and the equilibrium phenomena must be available and occurs for PAA gels the dialysis pseudo-membrane behaviour, in agreement with Donnan equilibrium effect.

## INTRODUCTION

Le développement de nouveaux produits est devenu une nécessité afin d'apporter les moyens adéquats d'une part, pour la mise en œuvre et l'optimisation des nouveaux procédés de dépollution biologique et physico-chimique, et d'autre part, pour réduire la consommation et l'amélioration des moyens d'utilisation de l'eau.

Les polymères synthétiques, en particulier les polyacrylamides réticulés insolubles [1,9], ont permis d'atteindre des performances remarquables généralement très supérieures à celles des polymères naturels.

Ainsi, les hydro-rétenteurs polyacrylamides présentent une propriété d'expansion particulière qui au contact d'un solvant change de dimensions. Cette propriété d'élasticité apparaît comme une caractéristique d'un gonglement limité des colloïdes à structure tridimensionnelle. Plusieurs types d'hydro-rétenteurs minéraux ont été étudiés tels que les zéolithes[10], les vermiculites[3], les bentonites[4], et la laine de verre[8]. D'autres support organiques comme les alginates, les polyamides acryliques et les carboxymétylcellulose[6] ont fait l'objet d'applications dans de nombreux domaines techniques et industriels.

## CARACTÉRISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES GELS DE POLYACRYLAMIDES ÉTUDIÉS

Les hydrorétenteurs étudiés sont insolubles. Ils sont obtenus à partir d'un monomère de base : l'acrylamide. La polymérisation est effectuée avec un agent de réticulation, le N, N' méthylène bis-acrylamide et suivant un rapport bien déterminé entre l'acrylamide et l'agent de réticulation. La classification des hydrorétenteurs[1,9] est établie suivant l'ionicité du copolymère :

- Pour le PAA anionique, l'acrylamide est copolymérisé avec l'acrylate de sodium. Ce sont des produits porteurs des groupements ionisables.

- Pour le PAA cationique, l'acrylamide est copolymérisé avec le méthacrylate dimétylamino-étype (MADAM), ou avec l'acrylate de dimétylamino-étype (ADAM).
– Pour le PAA neutre, c'est essentiellement du polyacrylamide.

La figure 1 montre les structures des trois types de gels étudiés.

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>### Polymère anionique</figcaption></figure>

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>### Polymère cationique</figcaption></figure>

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>### Polymère neutre</figcaption></figure>

Figure 1 : Structure des trois gels de polyacrylamide étudiés.

# MATERIEL ET METHODES

## Conditionnement et stabilité des hydro-rétenteurs

La technique de polymérisation au cours de la fabrication des PAA peut engendrer des impuretés. Au cours de nos essais nous avons pris la précaution de procéder à trois cycles de lavage de 5 minutes chacun à l'aide d'une solution HCl O,IM, suivi d'un lavage avec une solution NaOH O,IM. Ensuite, le gel a été rincé sans contact prolongé à l'eau distillée et mis à sécher dans une étuve à 105 °C ± 1°C pendant 2 heures.

## Paramètres analytiques

L'étude du comportement physico-chimique des hydro-rétenteurs a été suivie dans un réacteur ouvert. Le contrôle a été effectué sur plusieurs paramètres intrinsèques et extrinsèques aux gels qui se présentent sous forme de cristaux gélatineux et élastiques. Les paramètres physico-chimiques étudiés sont les suivants :

– mécanisme de rétention d'eau et approche cinétique de l'adsorption.

L'objectif de cette manipulation est l'évaluation de la vitesse d'équilibre d'adsorption, nous avons tracé le profil d'évolution de l'expansion du gel dans l'eau pure. Ce profil est caractérisé par la teneur en eau d'adsorption en fonction du temps (fig. 1) et ceci pour différents types de gel. Compte tenu de l'hydratation qui est immédiate, il nous est possible de suivre cette évolution dès les premières minutes de l'expérience.

– variation de la surface spécifique.

Par définition, c'est la surface totale par unité de masse du produit qui est accessible aux molécules[1].

– domaine d'influence du pH du milieu.

– effet d'hystérésis et pouvoir stabilisateur des effets osmotiques.

Nous examinons dans cette partie la rétention des ions par le gel préalablement hydraté et les variations de l'état du système qui accompagnent le changement du milieu. Plusieurs solutions d'électrolytes ont été préparées afin d'évaluer la réaction du gel aux variations de la composition du milieu externe. Le suivi de l'évolution de la vitesse des échanges ioniques est effectué par mesure de la conductivité électrique du milieu.

La méthodologie suivie avait pour objectif l'évaluation de l'ensemble des propriétés physico-chimiques qui jouent un rôle déterminant dans le choix du domaine d'application des hydro-rétenteurs.

# RÉSULTATS ET DISCUSSION

Au terme d'une série de manipulations, nous avons constaté que le système d'équilibre résultant lors du contact avec l'eau ou tout autre solvant polaire est déterminé par des phénomènes de surface et implique la coexistence de deux phases formant un système « gel - eau ».

## Mécanisme de rétention d'eau et approche cinétique de l'adsorption

L'hydrophilie est attribuée au caractère polaire du polymère considéré et à celui de l'eau, dont les molécules s'infiltrent entre les chaînes du polymère.

Les trois courbes A (PAA anionique), C (PAA cationique) et N (PAA neutre) de la figure 2 (page suivante) permettent de déterminer la vitesse globale d'adsorption de l'eau correspondante à chacun des gels examinés.

L'équilibre entre deux phases héterogènes est défini par la relation suivante :

$$ H_2O \xrightarrow[\text{(liq)}]{k_{\text{ads}}} H_2O \xrightarrow[\text{(gel)}]{k_{\text{ads}}} \quad (1) $$

La vitesse d'adsorption (rads) ou de disparition de produit (eau) est du premier ordre, elle est donnée par l'expression suivante :

$$ r_{\text{ads}} = \frac{d [H_2O]}{d t} = \frac{d [x]}{d t} = k_{\text{ads}}(a-x) \quad (2) $$
<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Figure 2 : Isothermes d'adsorption de l'eau pure des différents gels. A (PAA anionique), C (PAA cationique) et N (PAA neutre)</figcaption></figure>

Ainsi, à l'équilibre la vitesse globale d'échange est nulle ce qui correspond à un équilibre dynamique stable.

Nous pouvons exprimer l'équation des courbes sous forme logarithmique (fig. 3) permettant ainsi la détermination des constantes de vitesse de réactions d'adsorption pour les différents gels :

$$ \ln \frac{a}{a-x} = k_{ads}t \qquad (3) $$

Les courbes obtenues permettent de caractériser le comportement différent des gels étudiés, d'établir une approche cinétique de l'adsorption de l'eau et d'évaluer le caractère hydrophile des PAA :

- Le gel (A) anionique est faiblement ionique, conséquence de la présence des groupements carboxylates partiellement dissociés ; ceci entraîne un taux d'adsorption élevé et une faible vitesse d'expansion, mais plus rapide que les autres gels utilisés. La constante de vitesse k est égale à $15 \cdot 10^{-3}$ (min⁻¹).

- Le gel (C) cationique présente une cinétique d'adsorption plus faible par rapport à celle du gel anionique. La constante de vitesse k est égale à $4 \cdot 10^{-3}$ (min⁻¹).

- Le gel (N) neutre est caractérisé par une cinétique d'adsorption sensiblement plus faible que les autres gels. Cette propriété est attribuée à la densité du réseau et par conséquent une vitesse d'adsorption lente par rapport à ce que nous avons trouvé précédemment. La constante de vitesse est égale à $0,46 \cdot 10^{-3}$ (min⁻¹).

Il est à noter que pour l'ensemble des résultats obtenus, l'évolution de la rétention d'eau est variable pour chacun des gels utilisés. Nous constatons après 120 minutes de mise en rétention que le taux d'adsorption est de 92 %, 87 % et 66 % respectivement pour le gel anionique, cationique et neutre. Pour ce dernier l'expansion est remarquablement affectée par la densité du réseau et l'absence de groupements ionisables.

En effet, le système gel - eau formé est caractérisé par des associations de liaisons d'hydrogène qui contribuent à la fixation des molécules du liquide par le gel. Il s'agit d'un phénomène d'adsorption physique[7], le gel étant l'adsorbant. Ainsi l'hydratation s'étend à la totalité de la

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 3 : Détermination des constantes de vitesse d'adsorption pour les gels. A (PAA anionique), C (PAA cationique), N (PAA neutre)</figcaption></figure>

surface externe et interne du support, engendrée par des cavités qui confèrent au gel une surface importante d'échange et de fixation.

Cette différence du comportement des gels peut s'expliquer par la nature et la concentration de la matière constituant du réseau macromoléculaire. Ceci est en accord avec l'hypothèse sur la densité de la matière active constituante du gel qui entraîne une forte réticulation du matériau.

## Étude de la variation de la surface spécifique

La surface spécifique est un paramètre physico-chimique présentant une grande importance notamment dans les domaines de séparation de phases et d'adsorption[7]. Elle est donnée par la relation suivante :

$$ S = m \cdot (N / M) \Omega \qquad (4) $$

avec :

m = augmentation de la masse à l'instant t

N = nombre d'Avogadro, égal à $6,02 \cdot 10^{23}$

M = masse moléculaire

$\Omega$ = encombrement moléculaire superficie ($\Omega_{eau} = 10,6 \text{ Å}^2$)

Ainsi, la surface spécifique peut être exprimée en m²·Kg⁻¹·10⁶ de produit sec.

Rappelons que cette équation permet de suivre à tout moment l'évolution de l'infiltration des molécules du solvant dans le support. Nous avons choisi ce paramètre pour évaluer la surface spécifique accessible de l'adsorbant (gel). La détermination de la surface spécifique, nous a permis de tracer les variations de la surface disponible en fonction du taux d'adsorption (fig 4) de chacun des trois gels examinés.

Les courbes illustrent l'évolution de la surface spécifique qui est variable au cours du temps et dépend largement de la quantité d'eau adsorbée par le gel. Ceci explique les variations observées de la surface spécifique des gels anionique et cationique. Celles du gel neutre sont faibles.

En effet, la surface spécifique globale calculée après 120 minutes de mise en rétention, les valeurs obtenues
<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 4 : Relation entre la surface spécifique et le taux d'adsorption. A (PAA anionique), C (PAA cationique) et N (PAA neutre)</figcaption></figure>

sont particulièrement élevées, de l'ordre de 3746.10⁶ m².kg⁻¹ pour le gel anionique. Elles sont plus faibles pour le gel cationique, de l'ordre de 638.10⁶ m².kg⁻¹, et de 70.10⁶ m².kg⁻¹ pour le gel neutre. Ces valeurs confèrent aux gels de PAA une grande surface de contact avec le milieu extérieur.

Cependant, l'irrégularité de la surface dotée par des cavités de dimensions variables explique que le caractère hydrophile des hydro-rétenteurs se manifeste comme un phénomène d'adsorption physique proprement dit. Ainsi les molécules d'eau s'infiltrent progressivement dans l'ensemble des cavités et se superposent en « îlot » par des liaisons hydrogène jusqu'à l'état d'équilibre. A ce phénomène d'adsorption vient s'ajouter le phénomène d'osmosis qui est responsable de l'expansion et de l'équilibre entre le gel et le milieu extérieur du gel. L'hydratation s'accompagne d'un réarrangement structural afin de faciliter la disposition des molécules d'eau.

## Domaine d'influence du pH du milieu

Le gel proposé est anionique, et se présente comme une matière gélatineuse et élastique. Il peut manifester une instabilité chimique et physique. Cette instabilité est caractérisée par une modification de son état d'hydratation, de son volume et de sa capacité de rétention. Les PAA cationique et neutre ont manifesté des phénomènes de solubilisation en milieu acide ; seul le gel anionique est resté physiquement stable.

La variation du volume relatif du gel en fonction du pH, est une propriété commune à tous les gels hydrophiles solubles et insolubles[8]. Ainsi, la présence des ions dans le milieu se manifeste de deux façons : sur l'état d'équilibre du volume du gel et sur sa capacité de rétention. La figure 5 présente l'évolution du volume relatif du gel en fonction du pH.

## Formulation théorique de l'influence du pH

Le PAA anionique est un gel ionique présentant des ions mobiles diffusant dans le milieu. Une ionisation partielle

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 5 : Variation du volume relatif en fonction du pH (cas du PAA anionique).</figcaption></figure>

est inéluctable, elle est liée à l'existence des groupements fixes partiellement ionisables.

Nous considérons pour tout gel ionique, faiblement ionisable, la relation suivante :

$$ \text{Acide} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{base conjuguée} + \text{H}_3\text{O}^+ \quad (5) $$

La constante d'acidité est donnée par la relation :

$$ k_a = \frac{[H_3O^+][\text{base}]}{[\text{Acide}]} \quad (6) $$

La relation (6) devient :

$$ \text{pH} = \text{pK}_a + \log \frac{[\text{base}]}{[\text{Acide}]} \quad (7) $$

Dans le cas d'un gel ionique, la relation (7) s'écrit :

$$ \text{pH}_g = \text{pK}'_a + \log \frac{[\text{base}]}{[\text{Acide}]} \quad (8) $$

avec

$\text{pH}_g = \text{pH du gel anionique ou cationique}$

$\text{pK}'_a = \text{constante apparente des groupements fixes ionisables}$

En considérant que le degré de dissociation ou d'ionisation est (1-β) sous la forme basique et (β) est sous la forme acide. Dans ces conditions l'expression (7) devient :

$$ \text{pH}_g = \text{pK}'_a + \log \frac{[1-\beta]}{[\beta]} \quad (9) $$

Les résultats obtenus montrent l'existence de trois zones distinctes selon l'intervalle du pH du milieu.

$\cdot 4 < \text{pH} < 10$

Dans ce domaine le volume du gel reste stable et en équilibre avec le milieu.

Nous obtenons : $\beta = 1-\beta$ et $\text{pH}_g = \text{pK}'_a$.

Cette zone correspond au plateau où le volume du gel n'est pas affecté par la variation du pH. Cet état est neutre dans le sens où il existe un équilibre d'échange entre les milieux. Cette caractéristique permet l'utilisation du gel dans ce domaine du pH et seule la
composition saline du milieu pourra modifier la capacité de rétention du gel.

• $1 < \text{pH} < 4$

Dans ce milieu acide, nous observons une concentration élevée en H⁺ dans le gel. Ainsi la dissociation des groupements chargés est importante et liée au volume du gel obtenu à chaque valeur de pH du milieu.

Nous aurons l'inégalité suivante :

Forme acide > Forme basique

Il s'agit de la zone acide, les interactions acide-gel sont importantes ce qui entraîne un déplacement de l'équilibre vers une hydrolyse préférentielle des groupements carboxyliques salifiés. Cette hydrolyse provoque une accen-tuation des interactions à l'intérieur du gel et formation des liaisons hydrogène fortes. Cet état provoque une diminution du volume, suivie d'une rétention des ions H⁺.

• $10 < \text{pH} < 13$

Le pH est basique, ce qui correspond à une faible disso-ciation des groupements fixes et nous aurons la relation suivante :

$$\text{pH}_g = \text{pK}_a - \log (1-\beta)$$

Dans ce domaine de pH basique, contrairement à la pre-mière zone, le groupement amide très polaire est mis en jeu et détermine le comportement du gel. Dans ce cas, le gel peut compenser les fluctuations brutales du pH, en adsorbant les ions OH⁻ présents dans le milieu. Ce phé-nomène explique la diminution du volume du gel obser-vée dans ce domaine.

Cependant, nous avons constaté qu'un long séjour supé-rieur à 24 heures et dans un milieu basique à pH ≈ 12 entraîne une solubilisation partielle du gel. Ceci est accompagné d'un dégagement d'amoniac lié particulièrement à l'hydrolyse des liaisons amidiques.

Dans ces conditions, le gel s'est comporté favorable-ment aux variations du pH. Sa stabilité dimensionnelle s'est maintenue dans une large zone de pH de 4 à 10 unités. Cette stabilité est liée au caractère hydrophile et à la nature du polymère formant le gel.

Cette propriété est mécaniquement très importante car elle permet l'utilisation du gel dans les procédés de dépollution en phase liquide. Elle montre l'efficacité du gel à pallier les modifications brutales et accidentelles de l'acidité du milieu.

## L'effet d'hystérésis et pouvoir stabilisateur des effets osmotiques

L'effet d'hystérésis est attribué au rôle que peut jouer le gel hydraté dans la rétention des ions afin de pallier aux modifications accidentelles de la composition d'un milieu donné. Dans ces conditions, un état d'équilibre dynamiquement stable dépend de la variation de la sali-nité du milieu.

Rappelons que le gel est fortement hydrophile, il consti-tue une importante réserve d'eau qui dépasse 99 % de

son volume à l'équilibre. En effet, nous savons que le gel « actif » échange avec une solution d'eau pure les ions initialement piégés.

Les résultats expriment l'influence de la variation de la pression osmotique sur l'hydratation du gel. Ceci per-met de mettre en évidence le comportement membra-naire des polyacrylamides. En effet, les mesures de la conductivité électrique montrent bien que les échanges ont lieu et s'effectuent rapidement dans un intervalle de temps relativement court.

La figure 6 ci-dessous présente l'évolution de la vitesse de rétention des ions K⁺ et Cl⁻ par le gel caractérisée par la diminution de la conductivité du milieu qui montre le passage des ions dans le gel. Près de 90 % des ions sont échangés au bout de 10 minutes.

Le comportement du gel est différent, en présence de NaCl (fig. 7, ci-dessous) il présente une cinétique de rétention des ions Na⁺ et Cl⁻ plus lente. Une diminution de 87 % de la quantité des ions retenue est observée et ceci au bout de 10 minutes.

Dans ce cas, la cinétique de rétention des ions est lente, c'est une conséquence directe de la présence d'une quantité d'ions Na⁺ non négligeable qui limite l'évolution de la vitesse de la réaction d'échange. Cette observation

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 6 : Cinétique de rétention (1) Gel - Solution (KCl à 0,05M) Cinétique de relargage (2) Gel - Eau</figcaption></figure>

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figure 7 : Cinétique de rétention (1) Gel - Solution (NaCl à 0,05M) Cinétique de relargage (2) Gel - Eau</figcaption></figure>
est à rapprocher des propriétés d'équilibre et de diffusion qui pourraient interférer avec la vitesse d'échange entre le gel et la solution environnante.

D'autres manipulations ont été effectuées en présence de Mg²⁺ et de Ca²⁺ (fig. 8 et 9).

Les courbes obtenues présentent une vitesse pratique-ment identique puisque l'équilibre est observé au bout de 10 minutes : c'est la valeur qui correspond à un avan-cement de 91 % des ions échangés respectivement pour Ca²⁺ et Mg²⁺. Nous constatons que la vitesse de migra-tion des ions est semblable à celle du Ca²⁺ et près de

90 % des ions sont échangés au bout de 10 minutes. Ceci montre que la vitesse globale d'établissement de l'équilibre des échanges dans le milieu est pratiquement inchangée et que le gel à l'état hydraté a contribué à une stabilisation du milieu par un mécanisme réversible de rétention. Ce comportement met en évidence l'effet hystérésis des polyacrylamides.

## Bilan quantitatif des phénomènes d'échanges

Nous avons complété l'étude de l'évolution de la vitesse de rétention et de libération des ions en établissant un bilan des concentrations. Ce bilan analytique nous permet, d'une part de quantifier chacun des phénomènes étudiés, et d'autre part, de mettre en évidence le comportement physico-chimique du gel et d'en discuter les résultats.

L'ensemble de nos résultats sont représentés dans le tableau I. Les valeurs obtenues mettent en évidence trois comportements différents du gel :

1° - À l'état sec, le gel, en s'hydratant retient une quantité importante des ions. La rétention des cations et des anions est simultanée. Cette rétention est fonction de la nature et de la charge de l'ion. Nous remarquons que plus la charge est élevée plus la rétention est importante et plus le volume du gel se réduit.

2° - L'élution modifie les caractéristiques du gel en libérant les ions retenus afin de permettre un équilibre du système. L'effet de relargage traduit l'influence de la pression osmotique sur la vitesse des échanges ioniques. Ce phénomène de relargage peut être limité par l'affinité du gel aux certains ions.

3° - La désorption de l'eau sous l'effet osmotique donne lieu à un équilibre relativement rapide accompagné d'une rétention d'une certaine quantité d'ions de la solution. Ces échanges influent tout particulièrement sur la vitesse d'équilibre. Nous constatons que la rétention s'effectue dans l'ordre suivant :

$$Mg^{++} > Ca^{++} > K^{+} > Na^{+}$$

Les ions polyvalents tels que les Mg⁺⁺ et Ca⁺⁺ réduisent considérablement le volume du gel et par conséquent ils sont mieux retenus. Par contre les ions Na⁺ et K⁺ modifient beaucoup moins l'état d'hydratation du gel et sont facilement éliminables.

La diminution du volume du gel observé est le résultat de l'influence de l'effet osmotique, avec passage de l'eau du gel vers le milieu externe et la diffusion dans le sens inverse du soluté dans le gel. Nous estimons que cette rétention des ions est liée en majorité à l'affinité du gel pour un ion donné et aux gradients de concentrations entre les deux milieux. Ceci entraîne un renforcement des interactions entre le soluté et les groupements fonctionnels du gel.

Ainsi, la réversibilité du comportement d'adsorption et de désorption de l'eau des PAA, dépend de la composition du milieu. La modification de l'état du gel, en particulier son volume, serait due essentiellement à la

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figure 8 : Cinétique de rétention (1) Solution-Gel (MgSO₄ à 0,05M) Cinétique de relargage (2) Gel - Solution</figcaption></figure>

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 9 : Cinétique de rétention (1) Solution- Gel (CaSO₄ à 0,05M) Cinétique de relargage (2) Gel - Solution</figcaption></figure>

<table><caption>Tableau I : Evaluation de l'effet hystérésis et de désorption de l'eau (la concentration initiale de chacune des solutions est égale à 0,05 M)</caption><thead><tr><th>Elément</th><th>C<sub>diff</sub><br>(mole.l<sup>-1</sup>)</th><th>C<sub>s</sub><br>(mole.l<sup>-1</sup>)</th><th>C<sub>less</sub><br>(mole.l<sup>-1</sup>)</th><th>Øg<br>cm<sup>3</sup></th><th>%<br>Désorption</th></tr></thead><tbody><tr><td>Na<sup>+</sup></td><td>0,0215</td><td>0,0508</td><td>0,0250</td><td>285</td><td>59</td></tr><tr><td>K<sup>+</sup></td><td>0,0230</td><td>0,0434</td><td>0,0230</td><td>395</td><td>79</td></tr><tr><td>Mg<sup>++</sup></td><td>0,0194</td><td>0,0270</td><td>0,0047</td><td>308</td><td>67</td></tr><tr><td>Ca<sup>++</sup></td><td>0,0204</td><td>0,0148</td><td>0,0057</td><td>407</td><td>89</td></tr></tbody></table>

C<sub>diff</sub> Concentration diffusée dans le gel

C<sub>s</sub> Concentration dans la solution d'équilibre.

C<sub>less</sub> Concentration des ions après élution (Lessivage).

Øg Variation du volume du gel
nature de la substance formant le gel qui assure l'élastici-
cité du réseau.

Nous considérons que l'effet d'hystérésis est lié à l'eau
de constitution qui est faiblement liée par une adsorp-
tion physique aux groupements fonctionnels formant le
polymère. Ainsi, les effets osmotiques caractérisés par le
transport de l'eau orientent le passage d'une partie de
cette eau dans le milieu jusqu'à l'équilibre. Cela signifie
que les liaisons de l'eau mettant en jeu l'hydratation du
matériau sont fragiles et facilement éliminables.

Nos résultats permettent d’affirmer que les PAA se comportent comme un milieu stabilisateur des effets osmotiques. Cela signifie que le gel, en tant qu’une substance chimiquement active, contribue à compenser les fluctuations du milieu par un mécanisme réversible de rétention et de relargage. Ce mécanisme permet le maintient d’un état d’équilibre permanent entre le gel et le milieu environnant.

CONCLUSION

L'ensemble des résultats illustre les performances et les
qualités des gels polyacrylamides d'élimination des sels
dissous. Cependant, la méthodologie suivie nous a per-
mis de mettre en évidence la sensiblité du gel aux varia-
tions du milieu extérieur.

L'étude des propriétés hydrophiles des PAA par une
approche cinétique de la rétention d'eau et de la varia-
tion de la surface spécifique pour les différents gels per-
met de confirmer les points suivants :

– La quantité d'eau retenue confère aux PAA une surfa-
ce de contact importante en phase liquide.

– Le caractère hydrophile et la nature du polymère du gel ont compensé les modifications physiques issues des variations du pH ; les PAA peuvent être utilisés dans un large domaine de pH.

– L'examen des propriétés de partage et de séparation des sels dissous a montré la sensibilité des gels aux variations de la concentration du milieu extérieur qui est préjudiciable à la capacité de rétention des PAA. Cette dernière dépend de la force ionique du milieu et par suite de la fluctuation du volume du gel. Les PAA ont manifesté une stabilité dimensionnelle dans une large plage de pH comprise entre 4 et 10 et seules les variations des concentrations du milieu peuvent modifier l'état d'équilibre des gels et par suite la capacité de séparation des éléments salins.

– L'étude des phénomènes d'échanges entre le gel et le milieu environnant a permis de mettre en évidence, en premier lieu le comportement membranaire et ensuite l'effet d'hystérèsis des PAA qui contribue malgré les modifications de la composition du milieu, à une stabilitation des fluctuations brusques du milieu liquide. L'effet d'hystérèsis des PAA est caractérisé par un mécanisme d'échange ionique réversible entre le gel et le milieu

environnant. Ce mécanisme est conforme à l'équilibre
d'électroneutralité de Donnan.

L'intérêt essentiel qui ressort de cette étude est l'éva-
luation des propriétés de partage et de rétention des
PAA afin de les appliques dans divers traitements des
eaux résiduaires urbaines ou industrielles.

Jawad Aoun, Dunia Bouaoun

Université libanaise, Faculté des Sciences, Département de chimie - B.P. 90656 - Fanar Liban

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