Adsorption électrostatique thermosensible – THELECTRA

Le caractère général des transitions dynamiques des colloïdes a attiré l'attention d'une grande partie de la communauté de la matière molle, car la réalisation du contrôle des états colloïdaux, du solide au liquide et vice versa, est une voie viable pour fabriquer des matériaux avec des propriétés commutables. Dans ce contexte, la" contamination "des suspensions colloïdales par des particules ou des polymères plus petits a été l'une des stratégies les plus adoptées pour régler la dynamique colloïdale et explorer la possibilité d'adapter de nouveaux matériaux. Cependant, malgré leur importance pour comprendre le comportement fondamental de la matière molle, tous les systèmes modèles (comme les sphères dures) sont de nature assez rare, car ils ne tiennent pas compte de l'effet des charges que les colloïdes et les «contaminants» portent très souvent dans des milieux polaires, comme l'eau. Dans les solutions aqueuses, par exemple, les polyélectrolytes (PE) et les colloïdes de charges opposées, en raison des interactions électrostatiques, s'auto-assemblent en agrégats complexes. Bien que la complexation des colloïdes et PE ait été observée dans une variété de mélanges, dans toutes les études rapportées la densité de charge de surface des colloïdes était fixe, ou, elle ne pouvait pas être modifiée sans changer la chimie du milieu de suspension, en limitant le contrôle "on-the-fly" de l'adsorption de PE. Récemment, mes collègues et moi-même [Soft Matter 14, 4110 (2018)] avons montré que les colloïdes ioniques avec une densité de charge sensible à la temperature, comme les microgels de PniPam, donnent la possibilité de régler finement l'adsorption d'espèces de charges opposées. Cela ouvre une nouvelle voie pour déclencher l'adsorption de PE ou de nanoparticules (NP) sur des substrats mous microscopiques, régler finement la structure et la dynamique des mélanges ioniques binaires mous et éliminer les contaminants ioniques de manière contrôlée. Ces problèmes représentent le cœur de THELECTRA.

En particulier, ce projet vise à étudier comment l'adsorption électrostatique de polyélectrolytes chargés (PE) affecte la structure et la rhéologie des suspensions de microgels ioniques à charge opposée, et à utiliser ces dernières comme floculants adsorbants "eco-friendly", c'est-à-dire comme systèmes capables d'adsorber physiquement un large classe de déchets ioniques. J'étudierai pour la première fois le diagramme d'état des complexes PE-microgel en termes de rhéologie et de dynamique microscopique, en dopant des suspensions de microgel denses et diluées avec des nano-contaminants modèles (PE). Nous utiliserons un ensemble de techniques expérimentales complémentaires, y compris une configuration unique de diffusion de rhéo-lumière, pour déterminer la dynamique microscopique des complexes PE-microgel formés à des concentrations élevées, à la fois au repos et sous de grandes déformations de cisaillement. Une comparaison quantitative entre la dynamique microscopique et les propriétés mécaniques macroscopiques des suspensions PE-microgel sera effectuée, afin qu'on puisse révéler l'origine microscopique de leurs propriétés rhéologiques, y compris le "yielding", le vieillissement et éventuellement la thixiotropie.

Une telle compréhension fondamentale sera utilisée pour fournir une preuve de concept robuste pour une cellule de traitement de l'eau pleinement fonctionnelle pour la purification des eaux grises. En tirant parti de la densité de charge thermosensible des microgels, l'encapsulation des déchets à haute température (T> 33 °C) entraîne la formation de gros agrégats réversibles qui sont facilement filtrés, tandis que les microgels peuvent être recyclés pour des cycles d'assainissement successifs. THELECTRA est la première tentative d'utiliser les microgels PniPam pour l'assainissement des eaux en tant que tels (c'est-à-dire lorsqu'ils ne sont pas impliqués dans un matériau composite) en exploitant leurs propriétés électrostatiques.