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AbstractAbstract
[en] This study aims to develop geo-polymer foams with connected macro-porosity for the treatment of radioactive liquid wastes. The first part of this work was to synthesize geo-polymer monoliths by direct foaming using hydrogen peroxide (H2O2) as blowing agent. It decomposes in a basic medium to produce oxygen and thus produces the geo-polymer foam by nucleation and growth of oxygen bubbles until exhaustion of the source term and/or setting of the material. To stabilize the generated gas bubbles, the addition of a surfactant is necessary to limit coalescence phenomena. The influence of the H2O2 concentration, the chemical nature of the surfactant and the viscosity of the paste on the kinetics of production and on the final properties of the foam thus produced, was studied. The results conventionally show that a high initial concentration of H2O2 produces high porous foams, with high pore sizes and less mechanical properties. On the other hand, the choice of the chemical nature of the surfactant has a very strong influence on the one hand on the rheology of the geo-polymer paste and on the other hand on the properties of the porous network. Indeed, by an appropriate choice of the surfactant, it is possible to obtain geo-polymer foams with closed or open macro-porosity, with pore size distributions more or less spread and with good mechanical properties. At the end of this first step, a well-connected geo-polymer monolith was functionalized by precipitation of copper hexacyanoferrate particles known to be very selective with respect to cesium. The tests were performed in batch mode in different media (pure water, fresh water and fresh water loaded with competitor cations in high concentration). The kinetic and adsorption isotherms of cesium were determined over a wide range of cesium concentration (from trace to 1000 ppm) and the functionalized geo-polymer foam showed remarkable performance for selective entrapment of cesium as compared to an un-functionalized foam. Indeed, the tests in radioactive medium (trace of cesium in fresh water) have shown that the value of the distribution coefficient (Kd) for the functionalized foam is around 5.5 105 ml.g-1. (author)
[fr]
Cette etude a pour objectif d'elaborer des mousses de geopolymere a macroporosite connectee pour le traitement des effluents liquides radioactifs. La premiere partie de ce travail a consiste a synthetiser des monolithes de geopolymeres par moussage direct en utilisant le peroxyde d'hydrogene (H2O2) comme agent porogene. Celui-ci se decompose en milieu basique pour produire de l'oxygene et ainsi produire la mousse de geopolymere par nucleation/croissance de bulles d'oxygene jusqu'a epuisement du terme source et/ou prise du materiau. Pour stabiliser les bulles de gaz generees, l'ajout d'un tensioactif est necessaire pour limiter les phenomenes de coalescence. L'influence de la concentration en H2O2, de la nature chimique du tensioactif et de la viscosite de la pate sur la cinetique de production et sur les proprietes finales de la mousse ainsi produite a ete etudiee. Les resultats montrent classiquement qu'une forte concentration initiale de H2O2 produit des mousses de forte porosite, avec des tailles de pores elevees et des proprietes mecaniques moindres. Par contre, le choix de la nature chimique du tensioactif a une tres forte influence d'une part de la rheologie de la pate de geopolymere et d'autre part sur les proprietes du reseau poreux. En effet, par un choix approprie du tensioactif, il est possible d'obtenir des mousses de geopolymeres a macroporosite fermee ou ouverte, avec des distributions en taille de pores plus ou moins etalees et de bonnes proprietes mecaniques. A l'issue de cette premiere etape, un monolithe de geopolymere a porosite ouverte a ete fonctionnalise par precipitation des particules d'hexacyanoferrate de cuivre connues pour etre tres selectives vis-a-vis du cesium. Les essais ont ete realises en mode batch dans differents milieux (eau pure, eau douce et eau douce chargee de cations competiteurs de charge en concentration importante). Les cinetiques et les isothermes d'adsorption du cesium ont ete determinees sur une large gamme de concentration en cesium (de l'etat de trace jusqu'a 1000 ppm) et la mousse de geopolymere fonctionnalisee a montre des performances remarquables pour le piegeage selectif du cesium par rapport a une mousse non fonctionnalisee. En effet, les essais en milieu radioactif (trace de cesium dans l'eau douce) ont montre que la valeur du coefficient de distribution (Kd) pour la mousse fonctionnalisee est de l'ordre 5.5 105 ml.g-1Original Title
Synthese de mousses geopolymeres a porosite controlee: application a la decontamination nucleaire
Primary Subject
Secondary Subject
Source
10 Oct 2018; 195 p; 138 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Physique
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
ALKALI METAL COMPOUNDS, ALKALI METALS, COLLOIDS, COMPLEXES, DIMENSIONLESS NUMBERS, DISPERSIONS, ELEMENTS, IRON COMPLEXES, KINETICS, MANAGEMENT, MATERIALS, METALS, PROCESSING, RADIOACTIVE MATERIALS, REACTION KINETICS, SEPARATION PROCESSES, SORPTION, TRANSITION ELEMENT COMPLEXES, TRANSITION ELEMENT COMPOUNDS, WASTE MANAGEMENT, WASTES
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