Extraction d’ions par le CO₂ supercritique: apport des simulations de dynamique moléculaire

Le CO₂ supercritique, avec ses constantes critiques modérées, sa nature de solvant non inflammable et son coût de production faible, représente une bonne alternative pour remplacer les solvants organiques traditionnellement utilisés dans les expériences d’extraction liquide/liquide. Une technique récente utilise le CO₂supercritique associé à une molécule complexante adaptée pour extraire des cations métalliques présent en solution aqueuse.

Dans cet article, nous présentons la contribution des simulations de dynamique moléculaire à la description, au niveau moléculaire, de la solvatation, la complexation et la migration de différentes espèces chimiques impliquées dans l’extraction supercritique du césium par un calixarène et du nitrate d’uranyle par le TBP. Ces deux systèmes sont très importants dans le contexte du retraitement des déchets nucléaires par des solvants « verts ». Les simulations montrent l’importance des phénomènes interfaciaux dans l’extraction d’ions par le CO₂supercritique. L’eau et le CO₂ne se mélangent pas et sont séparés par une interface où les ligands viennent s’adsorber et complexent les cations. Dans le cas de l’extraction du nitrate d’uranyle, complexation et extraction spontanées sont observées durant les simulations, qui démontrent également l’importance de la concentration en TBP et en acide nitrique. Pour des concentrations élevées en TBP et en acide, l’interface évolue d’une frontière bien définie vers une troisième phase «locale» où le CO₂ le TBP, l’acide et les complexes se mélangent permettant ainsi l’extraction de l’uranyle.