Physico-chimie de micro particules pour la prévision de la spéciation du plomb, du zinc et du cadmium dans des aérosols de pollution atmosphérique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2006

Physical chemistry of lead, zinc and cadmium microparticules for the understanding of their speciation in atmospheric aerosol pollutant

Physico-chimie de micro particules pour la prévision de la spéciation du plomb, du zinc et du cadmium dans des aérosols de pollution atmosphérique

Résumé

Currently, industrial smelters are an important source of metal-containing particles in the atmosphere. Industrial activities emit fine particles of PbSO4, ZnSO4 and CdSO4 which represent an important toxicological risk for respiratory tract. Laboratory simulations in aerosol chamber working in turbulent conditions allowed the formation of aggregates between MSO4 (M=Pb, Zn, Cd) industrial microparticles and calcite (CaCO3) dusts. PbSO4-CaCO3 aggregates have been observed in particulate matter (PM10 and PM2,5) sampled in the vicinity of industrial smelters. Morphology and chemistry of MSO4-CaCO3 aggregates have been investigated by Raman imaging, environmental scanning electron microscope (ESEM) and TOF S-SIMS according to the relative humidity variation. CdSO4-CaCO3 aggregates when exposed to a supersaturated H2O atmosphere lead to the formation of CdCO3 and CaSO4, 2H2O as fine particles. Cd is mainly found as CdSO4.xH2O (x=8/3,1) in the aggregate. In the same way, humidity induces the formation of Zn4SO4(OH)6, Zn5(OH)6(CO3)2 and ZnSO4.xH2O (x= 7.1) as a thin layer at the particle interface. In contrast, in the sanie conditions, PbSO4-CaCO3 aggregates form rapidly fine particles of Pb3(CO3)2(OH)2, PbCO3 and CaSO4.2H2O. The speciation of Pb, Zn, Cd in MSO4-CaCO3 aggregates have been interpreted in regards to thermodynamic equilibria and the dissolution rate of calcite. The findings of the present work are different from the reported results concerning the uptake of Pb2+, Zn2+, Cd2+ traces by calcite in continental water.
De nos jours, les industries métallurgiques sont à l'origine de la majeure partie des émissions dans l'air de poussières contenant des métaux. Ces activités émettent de fines particules de PbSO4, de ZnSO4 et de CdSO4 qui présentent un risque toxicologique par les voies respiratoires. La simulation en laboratoire dans une chambre d'aérosol en régime turbulent a permis de former des agrégats entre microparticules de MSO4 (M=, Cd, Zn, Pb) et de CaCO3 (calcite). Des microagrégats PbSO4-CaCO3 sont observés également dans la matière particulaire (PM10 et PM2.5) prélevée dans l'air au voisinage d'activités pyrométallurgiques. La morphologie et la chimie des agrégats MSO4-CaCO3 ont été étudiées par microimagerie de diffusion Raman, microscopie électronique environnementale (MEBE-EDS) et imagerie TOF-SIMS en fonction de l'humidité relative. Une sursaturation en H2O vapeur provoque l'apparition mineure de très fines particules de CdCO3 et de CaSO4, 2H2O sur l'agrégat CdSO4, xH2O (x= 8/3,1) représente la spéciation majeure de l'élément Cd dans l'agrégat. De même, l'humidité provoque l'apparition d'une fine couche de Zn4(OH)6SO4, de Zn5(OH)6(C03)2 et de ZnSO4, xH2O (x= 7,1) à l'interface. Par contre dans les mêmes conditions, les agrégats PbSO4-CaCO3 conduisent rapidement à des fines particules de Pb3(CO3)2(OH2), de PbCO3 et de CaSO4, 2H2O. Les spéciations de Cd, Zn et Pb dans les agrégats avec CaCO3 sont interprétées en fonction des équilibres thermodynamiques et de la vitesse de dissolution de la calcite. Les spéciations de Cd, Zn et Pb dans les aérosols sont très différentes de celles qui résultent de la capture par la calcite des ions Cd2+, Zn2+ et Pb2+ en traces dans les eaux douce.

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  • HAL Id : tel-00282871 , version 1

Citer

Guillaume Falgayrac. Physico-chimie de micro particules pour la prévision de la spéciation du plomb, du zinc et du cadmium dans des aérosols de pollution atmosphérique. Autre. Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00282871⟩

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