Etudes expérimentale et théorique des processus d’adsorption de dérivés de la phényltétrazole sur un acier doux et du colorant de rhodamine B sur la kaolinite et l’hydroxyapatite

Abstract

Le processus d’adsorption est un phénomène complexe qui suscite un intérêt particulier. D’une part, l'utilisation d’inhibiteurs organiques renfermant généralement les atomes d'azote, d'oxygène et de soufre représente un moyen efficace de protection contre la corrosion des aciers doux dans de nombreuses industries. Par ailleurs, la modélisation moléculaire a attiré l’intérêt des chercheurs, à exploiter des calculs des propriétés structurale et électronique et déduire les descripteurs intrinsèques globaux et locaux des inhibiteurs (ligands) et de leurs complexes métalliques, afin de prévoir et d'appréhender les mécanismes des processus d’adsorption. D’autre part, l’emploi de matériaux inorganiques présentent l’avantage de disposer de surface importante susceptible d’adsorber et ainsi éliminer des adsorbats organiques à caractère polluant dans un dessein de préserver l’environnement. Les travaux de recherche développés dans cette thèse se présentent sous deux aspects. Primo, de mettre en exergue l’aspect inhibiteur de la corrosion de quatre dérivés de la phényltétrazole substitués différemment sur l’efficacité inhibitrice des molécules étudiées. Les paramètres géométriques et les descripteurs globaux de la réactivité et les descripteurs locaux de sélectivité ont été optimisés au niveau DFT(B3LYP)/6-31G(d,p). Les résultats obtenus de l'analyse comparative ont révélé un bon accord avec les données expérimentales. En outre, l’étude quantique de la complexation des quatre inhibiteurs avec l’atome de fer a été réalisée au niveau DFT avec six fonctionnelles hybrides corrélation-échange et méta-GGA, B3LYP, B3PW91, CAM-B3LYP, HCTH, ωB97XD et M06-2X, afin de mieux approcher les mécanismes d’interaction entre l’atome de fer et ces inhibiteurs. L’étude de la complexation a montré que les fonctionnelles méta-GGA sont les plus adaptées à notre étude organométallique inhibiteur (ligand) et métal (fer). De plus, il a été constaté que les complexes quintuplets du fer par les dérivés de la phényltétrazole sont les plus stables, suivis des complexes triplets, tandis que les complexes singulets possèdent les valeurs d'énergie totale les plus élevées. Parallèlement, des calculs de simulation Monte Carlo ont montré que toutes les molécules s’adsorbent de manière spontanée. Secundo, l'adsorption du colorant rhodamine B à partir d'une solution aqueuse a été étudiée en utilisant la kaolinite et l'hydroxyapatite comme adsorbants inorganiques naturels. L'optimisation des paramètres impliqués dans le processus d'adsorption (pH initial de la solution, masse de l'adsorbant et concentration de RhB), réalisée à l'aide du modèle statistique de Box-Behnken, a révélé une forte corrélation avec les données expérimentales. De plus, les calculs théoriques, menés au niveau DFT, ont permis de déterminer la stabilité, les propriétés physicochimiques ainsi que la réactivité de RhB. De plus, l'approche par la dynamique moléculaire a été utilisée pour prédire le type d'adsorption de RhB sur la Kaolinite et l’hydroxyapatite.