Préparation et étude physico-chimique de nouveaux matériaux dérivés de déchets de polystyrène

Abstract

Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié la physico-chimie des trois matériaux à base de polystyrène expansé. Le but de ce travail était la production des polystyrènes sulfonés de hautes performances mécaniques et thermiques par l’utilisation de l’acide sulfurique pour produire des matériaux capables de l’élimination des polluants organiques. La sulfonation des déchets de polystyrène expansé par trois méthodes et différents degrés de sulfonation a été étudiée. La spectrométrie IFTR montre les bandes caractéristiques du trioxyde de soufre, ce qui confirme la modification. En effet, le résultat de thermogravimétrie indique une grande stabilité thermique des copolymères obtenus par rapport au matériau de départ. Les poids moléculaires ont été obtenus par viscosité et un comportement polyélectrolyte a été observé. De plus, le degré élevé de sulfonation calculé de nos copolymères s'est varié entre 12 et 71% en raison des différents réactifs modificateurs ajoutés. Le temps de réaction était également le paramètre qui affectait la quantité finale de groupes sulfonate qui étaient effectivement liés à la chaîne polystyrène. De plus, d’autres propriétés telles que la solubilité et la stabilité thermique ont été observées. L’étude physico-chimique du polystyrène sulfoné le plus modifié avec le cocamidopropyl bétaïne, qui est un tensioactif chargé zwittérionique indique une grande interaction entre eux. Cette interaction, qui crée des agrégats hydrophobes et renforce les interactions hydrophobes entre eux pour les pH neutres et basiques, et électro statiquement pour les pH acides, et leur interaction avec les polymères dans l'eau par calorimétrie à titrage isotherme. À CAC, une grande partie de la charge du polystyrène sulfoné est couplée à la charge de l'agent de surface en raison des interactions hydrophobes entre les chaînes alkyles du CAPB, et Au-dessus de la CAC, les résultats montrent une augmentation progressive de la viscosité réduite. La formation d'associations PS-S-surfactant est à l'origine de cette augmentation. Néanmoins, l'autre type d'association, causé par les interactions hydrophobe-hydrophobe, se produit. Avec une concentration en tensioactif de 0.05-0.72%, nous pouvons observer une forte variation de la pente, qui peut être attribuée au début de la formation de micelles libres (atteindre C2). La viscosité augmente ensuite à nouveau en raison de la fixation de quelques tensioactifs supplémentaires qui déroulent le polymère et de l'apparition de micelles de tensioactifs libres, et le nombre de micelles dans les solutions augmente, ce qui entraîne la formation de complexes avec les chaînes de polymère. Les chaînes de styrène plus courtes et les concentrations plus élevées et diluées permettent une interaction hydrophobe facile avec les surfactants plutôt qu'électrostatique (liaison hydrogène), qui a une influence plus critique sur la viscosité de la procédure. Ainsi, la formation de microdomaines intracoilaires est plus compliquée et plus tardive que pour des concentrations plus élevées de polystyrène sulfoné en raison des sites hydrophiles et de la viscosité élevée, qui est d'environ 45×105 g/mol. L’influence du sel et de l'acide sur le mélange de complexation permet un blindage partiel ou complet des charges de chaîne polystyrène sulfoné. Les copolymères fabriqués présentaient une chimie de surface améliorée et une surface spécifique élevée dans leurs propriétés physicochimiques. Les résultats ont montré qu'une dose de polystyrène sulfoné de 0,02 g, une solution de bleu de méthylène à pH 6 et un temps de 15 minutes constituent les paramètres d'adsorption optimaux pour une élimination maximale du MB. Selon les résultats, le modèle cinétique PSO prédit bien la cinétique d’adsorption. Cependant, le modèle de Langmuir décrit le mieux les résultats d’équilibre, avec une capacité d’adsorption monocouche maximale de 142,5 mg/g pour l’adsorption du colorant bleu de méthylène sur PS-S. Selon les résultats de l'étude, le polystyrène sulfoné peut être utilisé comme adsorbant d'eau pour éliminer avec succès les pigments synthétiques chargés.