Résine chélatante

Les résines chélatantes sont une classe de résines échangeuses d'ions. Elles sont pratiquement toujours utilisées pour se lier à des cations et utilisent des chélateurs liés par covalence à une matrice en polymère. Les résines chélatantes sont semblables aux substances échangeuses d'ions habituelles. Leur utilisation principale est la pré-concentration d'ions métalliques dans les solutions diluées. On les utilise pour la décalcification des saumures dans les procédés chlore-alcali, l'élimination du bore de l'eau potable et la récupération des métaux nobles ou du groupe du platine en solution[1],[2],[3].

Structure et propriétés

Les résines chélatantes fonctionnent comme les résines échangeuses d'ions ordinaires. La plupart d'entre elles sont des polymères, ou plus exactement des copolymères, portant des groupes fonctionnels réactifs qui chélatent les ions métalliques[4]. Leur particularité provient de la nature des chélateurs supportés par le polymère. On trouve par exemple des résines à base d'acide iminodiacétique HN(CH₂COOH)₂ sur une matrice styrène-divinylbenzène, produites à partir d'un copolymère styrène-divinylbenzène chlorométhylé.

Ces résines ont une affinité presque négligeable pour les métaux alcalins et alcalino-terreux. De petites quantités de résine peuvent être utilisées pour concentrer les éléments-traces métalliques dans les eaux naturelles ou les fluides biologiques, dans lesquels les métaux alcalins ou alcalino-terreux ont des concentrations plus élevées de trois à quatre ordres de grandeur[5].

D'autres groupes fonctionnels liées à des résines chélatantes sont par exemple les aminophosphonates (en), la thiourée et la 2-picolylamine (en).

Applications dans l'élimination des métaux lourds

Les sols contaminés par des éléments-traces métalliques, y compris des radionucléides, sont traités à l'aide de résines chélatantes[6],[7].

Des polymères chélatants ont été proposés pour le traitement de pathologies conduisant à une accumulation d'ions fer, comme l'hémochromatose de type 1 (hémosidérose héréditaire)[8],[9],[10],[11] et la maladie de Wilson (accumulation du cuivre)[12] en chélatant les ions métalliques pour limiter leur biodisponibilité.

Notes et références

1. (en) S. C. Apte, « Trace metal speciation of labile chemical species in natural waters and sediments : non-electrochemical approaches », Metal speciation and bioavailability in aquatic systems,‎ 1995 (lire en ligne)
2. (en) B. S. Garg, R. K. Sharma, N. Bhojak et S. Mittal, « Chelating Resins and Their Applications in the Analysis of Trace Metal Ions », Microchemical Journal, vol. 61, n^o 2,‎ février 1999, p. 94-114 (DOI 10.1006/mchj.1998.1681, lire en ligne)
3. (en) Rakesh Kumar Sharma, Sachin Mittal et Mihkel Koel, « Analysis of Trace Amounts of Metal Ions Using Silica-Based Chelating Resins: A Green Analytical Method », Critical Reviews in Analytical Chemistry, vol. 33, n^o 3,‎ 2003, p. 183-197 (DOI 10.1080/713609163, lire en ligne)
4. (en) Suresh K. Sahni et Jan Reedijk, « Coordination chemistry of chelating resins and ion exchangers », Coordination Chemistry Reviews, vol. 59,‎ septembre 1984, p. 1-139 (DOI 10.1016/0010-8545(84)85053-5, lire en ligne)
5. (en) M. B. Colella, S. Siggia et R. M. Barnes, « Synthesis and characterization of a poly(acrylamidoxime) metal chelating resin », Analytical Chemistry, vol. 52, n^o 6,‎ mai 1980, p. 967-972 (DOI 10.1021/ac50056a044, lire en ligne)
6. (en) Robert W. Peters, « Chelant extraction of heavy metals from contaminated soils », Journal of Hazardous Materials, vol. 66, n^os 1-2,‎ 23 avril 1999, p. 151-210 (PMID 10379036, DOI 10.1016/S0304-3894(99)00010-2, lire en ligne)
7. (en) Michael L. Knotek et Shirley A. Rawson, « Restoring The Environment Via Bioremediation And Molecular Sciences: Prospects For Better Understanding And New Science-Based Solutions », Serving Science and Society in the New Millenium, DOE's Biological and Environmental Research Program, US Department of Energy, National Research Council (US), National Academies Press (US), 1998. (ISBN 0-309-06249-7)
8. (en) Ondřej Groborz, Lenka Poláková, Kristýna Kolouchová, Pavel Švec, Lenka Loukotová, Vijay Madhav Miriyala, Pavla Francová, Jan Kučka, Jan Krijt, Petr Páral, Martin Báječný, Tomáš Heizer, Radek Pohl, David Dunlop, Jiří Czernek, Luděk Šefc, Jiří Beneš, Petr Štěpánek, Pavel Hobza et Martin Hrubý, « Chelating Polymers for Hereditary Hemochromatosis Treatment », Macromolecular Bioscience, vol. 20, n^o 12,‎ décembre 2020, article n^o 2000254 (PMID 32954629, DOI 10.1002/mabi.202000254, lire en ligne)
9. (en) Jasmine L. Hamilton et Jayachandran N. Kizhakkedathu, « Polymeric nanocarriers for the treatment of systemic iron overload », Molecular and Cellular Therapies, vol. 3,‎ 24 mars 2015, article n^o 3 (PMID 26056604, PMCID 4451967, DOI 10.1186/s40591-015-0039-1, lire en ligne)
10. (en) Steven C. Polomoscanik, C. Pat Cannon, Thomas X. Neenan, S. Randall Holmes-Farley, W. Harry Mandeville et Pradeep K. Dhal, « Hydroxamic Acid-Containing Hydrogels for Nonabsorbed Iron Chelation Therapy:  Synthesis, Characterization, and Biological Evaluation », Biomacromolecules, vol. 6, n^o 6,‎ 7 octobre 2005, p. 2946-2953 (PMID 16283713, DOI 10.1021/bm050036p, lire en ligne)
11. (en) Jian Qian, Bradley P. Sullivan, Samuel J. Peterson et Cory Berkland, « Nonabsorbable Iron Binding Polymers Prevent Dietary Iron Absorption for the Treatment of Iron Overload », ACS Macro Letters, vol. 6, n^o 4,‎ 20 mars 2017, p. 350-353 (DOI 10.1021/acsmacrolett.6b00945, lire en ligne)
12. (en) Jana Mattová, Pavla Poučková, Jan Kučka, Michaela Škodová, Miroslav Vetrík, Petr Štěpánek, Petr Urbánek, Miloš Petřík, Zbyněk Nový et Martin Hrubý, « Chelating polymeric beads as potential therapeutics for Wilson’s disease », European Journal of Pharmaceutical Sciences, vol. 62,‎ octobre 2014, p. 1-7 (DOI 10.1016/j.ejps.2014.05.002, lire en ligne)