Structures mésoporeuses hybrides fonctionnalisées par des polymères comme nouveaux adsorbants polyvalents de micropolluants – HYPOSTAR

Le projet HYPOSTAR vise à développer une approche durable et intégrée pour la synthèse de films et membranes hybrides mésoporeux fonctionnalisés de manière dense et homogène par des polymères conçus comme matériaux plateformes pour l’élaboration de dispositifs d’élimination des micropolluants.
Le contrôle des propriétés texturales et chimiques des films et membranes supportées (diamètre et topologie des pores, et fonctions (acide, basique, cyclodextrine) dans les mésopores), permettra d’évaluer leurs performances dans la sorption réversible de micropolluants anioniques, cationiques et hydrophobes basée sur les interactions électrostatiques ou complexes hôte-invités. De nouvelles micelles complexes de polyions (PIC) ainsi que des micelles de complexes d’inclusion (InC) hôte-invité seront évaluées pour la première fois pour leur capacité à former de façon contrôlée une variété de mésostructures ordonnées par voie sol-gel, tout d’abord sous la forme de poudres par précipitation macroscopique, puis sous la forme de films et membranes par dépôt-évaporation. Les micelles PIC seront formées par complexation électrostatique entre des copolymères à blocs double-hydrophiles (DHBC) et des polyions de charge opposée, auxiliaires de micellisation. Des DHBC à base de poly(acide acrylique) et de poly(aminoethylacrylamide) seront synthétisés par RAFT en milieu acide pour protéger l’agent de transfert. Puis, ils seront utilisés comme plateformes pour la préparation par des réactions d'amidation d'une gamme de nouveaux DHBC avec des fonctionnalités bêta-cyclodextrine (CD). Les polymères comportant des fonctions béta-CD permettront la formation de micelles de complexes d’inclusion (InC) avec des espèces invitées ditopiques/multitopiques, qui seront étudiées en tant qu’agents structurants de la silice. Les assemblages PIC et InC seront évalués pour la première fois en tant qu'agents structurants, fonctionnalisants et porogènes de films et membranes supportées mésoporeux fonctionnels. Cette nouvelle méthodologie développée doit permettre de préparer des matériaux dont les mésopores seront intrinsèquement fonctionnalisés de façon homogène et dense par les fonctions ciblées et préparées au préalable. Les films seront préparés par assemblage induit par évaporation (procédé EISA). Les dépôts seront effectués dans un premier temps sur des substrats denses, puis sur des substrats poreux. Le désassemblage des PIC et InC permettra l’élution des auxiliaires de micellisation et dévoilera la fonctionnalisation intrinsèque des couches avec les trois types de fonctions, acide, basique, et CD. Les textures poreuses, les épaisseurs, les profils de densité et la perméabilité des films fonctionnels seront caractérisés. L’influence de ces propriétés sera évaluée pour la sorption de micropolluants modèles, en fonction des paramètres physico-chimiques (pH, concentration, force ionique). Quatre micropolluants organiques (hydrophiles cationiques et anioniques, ainsi qu’hydrophobe) ont été sélectionnés pour démontrer le caractère spécifique et réversible du mécanisme de sorption dans les matériaux plateformes à base de silice mésoporeuse hybride. Les cinétiques, la réversibilité et la répétabilité du processus de sorption seront étudiées ainsi que la recyclabilité et le vieillissement chimiques et structurels des matériaux adsorbants. Ces résultats seront transférés aux membranes supportées pour évaluer leurs performances de filtration, leur stabilité chimique et structurelle et les propriétés mécaniques des matériaux membranaires préparés