Thesis defence by Imane KHATIB
Metal-Nanoparticle interaction under flow conditions, the forgotten parameter of metal contamination
Metal mobility in natural porous systems depends not only on the thermodynamic affinity between dissolved metals and nanoparticulate surfaces, but also on the transport conditions under which these phases come into contact. This thesis investigates metal–nanoparticle interactions under controlled laminar co-flow conditions using a microfluidic platform coupled to three analytical techniques, anodic stripping voltammetry, single-particle ICP-MS, and synchrotron µXRF/µXAS, with carboxylated polystyrene nanoparticles (PSL-COOH) as model reactive surfaces and Pb(II), Ce(III), and Co(II) as target metals. Four experimental chapters demonstrate that the apparent extent of interaction is systematically shaped by hydrodynamic pathway geometry, that signals obtained at short contact times reflect transport-controlled accessibility rather than intrinsic surface reactivity, that interaction extent is governed by the Péclet number of the dissolved metal species, and that synchrotron-based spatial mapping directly links metal speciation to local flow conditions. These results establish that metal–nanoparticle interactions under laminar flow are fundamentally transport-controlled processes that cannot be predicted from equilibrium-based descriptions alone, and identify transport-controlled accessibility as a central, and previously underestimated, parameter governing metal mobility in natural porous media.
Soutenance de thèse de Imane KHATIB
Interactions métaux/nanoparticules sous écoulement : le paramètre oublié des contaminations métalliques
La mobilité des métaux dans les milieux poreux naturels dépend non seulement de l'affinité thermodynamique entre les ions métalliques dissous et les surfaces nanoparticulaires réactives, mais aussi des conditions de transport dans lesquelles ces phases entrent en contact. Cette thèse étudie les interactions métal–nanoparticule sous conditions d'écoulement laminaire contrôlé à l'aide d'une plateforme microfluidique couplée à trois techniques analytiques, voltammétrie à redissolution anodique, sp-ICP-MS et µXRF/µXAS synchrotron, en utilisant des nanoparticules de polystyrène carboxylées (PSL-COOH) comme surfaces réactives modèles et Pb(II), Ce(III) et Co(II) comme métaux cibles. Quatre chapitres expérimentaux démontrent que l'étendue apparente de l'interaction est gouvernée par la géométrie du chemin hydrodynamique, que les signaux obtenus à courts temps de contact reflètent une accessibilité contrôlée par le transport plutôt qu'une réactivité de surface intrinsèque, que l'étendue de l'interaction est déterminée par le nombre de Péclet du métal dissous, et que la cartographie spatiale synchrotron relie directement la spéciation du métal aux conditions hydrodynamiques locales. Ces résultats établissent que les interactions métal–nanoparticule sous écoulement laminaire sont fondamentalement des processus contrôlés par le transport, non prédictibles par les approches à l'équilibre, et identifient l'accessibilité contrôlée par le transport comme un paramètre central de la mobilité des métaux dans les systèmes poreux naturels.
