Démarrage : à partir d’octobre 2017

Contexte général

La demande en lithium (Li) a augmenté depuis 2011 avec le démarrage de la production commerciale d’automobiles électriques à batteries Li-ion. Cette demande s’ajoute à celle, croissante, des batteries pour téléphones, ordinateurs, etc. De nouvelles demandes sont également attendues pour l’industrie aérospatiale avec les nouveaux alliages aluminium-lithium, le stockage des énergies renouvelables (éolien, photovoltaïque). Il est donc nécessaire de recourir au recyclage des batteries Li-ion de façon à éviter une pénurie. Mais, l’un des freins associés aux procédés de recyclage par voie hydrométallurgique porte sur la sélectivité du procédé. Ces techniques conventionnelles qui consistent à transférer le métal désiré de la solution aqueuse à une autre phase, nécessitent plusieurs étapes et volumes importants de solvant organique toxique, volatile et inflammable afin d'atteindre les rendements souhaités. Ce qui est économiquement coûteux et inacceptables pour l’environnement. La technologie des membranes liquides supportées a pour principal objectif de remplacer des équipements lourds, coûteux et énergivores par des dispositifs plus efficaces. Cette nouvelle technologie serait une rupture pour l’extraction sélective de métaux « stratégiques » à partir de gisements miniers et/ou de gisements de déchets. L’objectif de cette thèse est de concevoir et d'évaluer la performance d’un procède d’extraction innovant et propre associant molécules sélectives, liquide ionique (solvant « vert ») et matériau membranaire pour l’extraction du lithium.

Un des principaux verrous au développement des membranes liquides supportées (MLS) est l’instabilité de l'interface séparant une phase aqueuse d'une phase organique non-miscible qui entraîne un lessivage progressif de la phase organique, une perte des molécules extractantes au cours du temps et par conséquent une faible durée de vie. L'utilisation des liquides ioniques en tant que phase organique d’une membrane liquide supportée pourrait remédier aux limites des MLS classiques. En effet, ces liquides ioniques présentent une pression de vapeur négligeable et leur solubilité avec les phases environnantes peut être limitée en sélectionnant correctement les anions et cations. Enfin, leur viscosité élevée permettrait de limiter le lessivage de la phase d’extraction contenue dans les micropores de la membrane.

Principaux objectifs de la thèse

L’objectif majeur de cette thèse est de concevoir et d’évaluer la performance d’un procédé d’extraction innovant et propre associant molécules sélectives, liquide ionique et matériau membranaire pour la réalisation du tri‐ionique de métaux stratégiques et en particulier le lithium dans des effluents complexes.

Les études s’orienteront selon deux axes principaux:

• Le choix de l’extractant sélective adapté au lithium et du liquide ionique peu soluble dans la phase aqueuse acide, et la compréhension des interactions intermoléculaires ;
• L’étude de la stabilité et la cinétique de complexation des métaux (caractérisation des équilibres en phase homogène par techniques spectrométriques et le microcalorimétrie, modélisation des isothermes d’équilibre entre). Ce travail sur les équilibres thermodynamiques et l’extraction liquide-liquide est fondamental pour valider le choix du système extractant-liquide ionique-cation cible- phases aqueuses.

Profil du candidat

De formation master ou école d’ingénieur, le candidat présentera de solides compétences en chimie-physique et chimie analytique.

Compétences attendues: Bases en extraction liquide-liquide, techniques spectroscopiques (UV-Vis, IR, ICP-MS), titrages divers (Karl Fischer, dosage acido-basique).

Laboratoires d’accueil

Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien

IPHC, UMR 7178,
3 rue du Loess, 67200 STRASBOURG

Le doctorant sera inscrit à l’Ecole Doctorale de Physique et Chimie-Physique (ED 182) et sera pleinement intégré dans deux équipes de recherche de l’Institut Pluridisciplinaire Hubert CURIEN: l’équipe de Radiochimie et l’équipe de Reconnaissance et Procédés de Séparation Moléculaire.

Personnes à contacter (envoyer CV et lettre de motivation)

Dr Maria BOLTOEVA

Département Recherches Subatomiques, Equipe Radiochimie Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser., Tel : 03.88.10.64.04

Pr Dominique TREBOUET

Département des Sciences Analytiques
Equipe Reconnaissances et Procédés de Séparation Moléculaires (RePSeM), Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser., Tel: 03.68.85.27.45