Démonstration de la complémentarité des techniques SANS, SAXS et Wet-STEM sur des échantillons non congelés

Les solutions micellaires peuvent être utilisées pour traiter des eaux usées contenant des éléments cationiques qui doivent être récupérés soit pour être valorisés, soit pour être immobilisés sur des solides dans un procédé de décontamination. La technique développée par notre équipe utilise un ligand organique peu soluble dans l'eau qui migre vers le cœur hydrophobe des micelles lorsqu’il est complexé par l'élément cationique. La migration de ce complexe vers le cœur de la micelle conduit à la formation de mélanges d’auto-assemblages colloïdaux difficiles à caractériser.

La morphologie des assemblages micellaires complexes est généralement décrite à l'aide de méthodes indirectes telles que la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) ou la diffusion des neutrons aux petits angles (SANS), qui peuvent donner lieu à des descriptions ambiguës des nano-objets lorsque l'échantillon contient des structures multiples ou des structures totalement inconnues. Nous proposons ici de dépasser cette limite et d'observer directement les nano-objets formés dans des solutions de Pluronic P123 avec et sans complexe REE/HDEHP en utilisant la microscopie électronique à transmission à balayage humide (wet-STEM) et de comparer les résultats avec les descriptions d'échantillons dérivées des mesures SAXS et SANS.

^{Crédit: J. Causse / ICSM}

Les résultats obtenus par les différentes techniques d'analyse sont cohérents. Chaque méthode analytique apporte des informations complémentaires. Le SANS permet de caractériser finement les micelles de P123 grâce au fort contraste entre les tensioactifs hydrogénés et le solvant deutéré, le SAXS permet de caractériser les complexes REE/HDEHP grâce à la forte densité électronique des REE et le Wet-STEM permet de visualiser directement le mélange en solution.

La compilation de ces informations complémentaires fournit une description fine de la structure interne des objets, de leurs compositions et de leurs interactions mutuelles. Les principaux apports de la microscopie Wet-STEM sont de décrire les nano-objets individuellement et, en particulier, de montrer que la teneur en REE peut varier de 1 à 10 d'une micelle à l'autre, d'observer la dynamique des nano-objets dans le liquide et ainsi prouver la coexistence de morphologies très différentes dans un même système.

Pour plus d'information, lire les articles :

[1] Characterization of complex micellar systems by Scattering techniques (SAXS and SANS) and wet-scanning transmission electron microscopy (wet-STEM). J. Causse, C. Lavaud, J. Ravaux, J. Lautru, R. Podor. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 682 (2024), 132928. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2023.132928

[2] Simultaneous lanthanides and surfactants micelles removal from aqueous outflows by complexation and sol-gel chemistry. C. Lavaud, F. Goettmann, A. Grandjean, J. Causse. Separation and Purification Technology 145 (2015), 17–23. DOI: 10.1016/j.seppur.2015.02.047