Magnetic carrier technology (MCT) has found a wide range of applications, including biological cell separation, waste remediation, and raw material recovery. The challenge to MCT is to develop a new method for the preparation of magnetic carriers with the following features:​ high density of reactive functional groups, diversity of functionalities, and durability of surface films. In this thesis, two novel methods, molecular self-assembly and silanation, were developed for the preparation of magnetic carriers.

In molecular self-assembly, 16-mercaptohexadecanoic acid (HOOC-$ rm C sb{15}H sb{30}$-SH, ie. MHA) was anchored onto the $ gamma$-Fe$ rm₂O₃ surface through chemical bonding between the carboxylic head group of the surfactant and iron on the surface, leaving the thiol or disulfide groups reactive. The molecular orientation of MHA self-assembled on γ-Fe$ rm sb2O₃ was studied by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) and film flotation. The self-assembled MHA film on γ-Fe₂O₃ was immobilized and resistant to acid and base attack. Magnetic carriers prepared as such showed a strong affinity to Ag⁺ and Cu²⁺ ions in an aqueous solution.

In the preparation of magnetic carriers by silanation using 3-amino-propyltriethoxy silane (APTES), XPS, DRIFTS, and zeta-potential measurements indicated that direct silanation of APTES from either water or toluene solutions on bare magnetic particles was successful. In acid solutions, APTES films silanized on bare magnetic particles from toluene were more stable compared to the ones silanized from water. Both films were unstable in alkaline solutions. To improve the stability of silanized films, a thin silica layer was coated onto the magnetic particles using the sol-gel process, followed by dense liquid silica coating.

Magnetic carriers with amino groups were prepared by the silanation of silica coated magnetic particles using APTES in toluene. Stability tests indicated that the silanized films on silica coated magnetic particles were more stable than the ones silanized on bare magnetic particles. Magnetic carriers with reactive amine groups were proved to be effective for removal or recovery of heavy metal ions such as Cu²⁺ and Zn²⁺ from aqueous solutions. Loaded metal ions on magnetic carriers were completely stripped off by 0.01 M nitric or hydrochloric acid. The possible recycling of magnetic carriers could offset the high price of magnetic carriers and lower the cost associated with industrial applications. Applications of magnetic carriers with reactive amine and thiol groups in biological cell separation, immobilization of enzymes, magnetic fluids, and waste remediation were also discussed.

La téchnologie des porteurs magnétiques (MCl) a donné lieu à de nombreuses applications.. dont la séparation de cellules biologiques.. la reméd.iation des déchets.. et la récupération de matières premières. Le défi dans le domaine des MCT est de développer des nouvelles méthodes de préparation de ces porteurs magnétiques répondant aux critères suivants:​ simplicité de préparation.. diversité des groupes fonctionels.. et durabilité (robustesse) du film de surface. Deux méthodes.. auto-assemblage moléculaire et "silanation" ont été développées pour la préparation de porteurs magnétiques.

Dans le cas de l'auto-assemblage moléculaire, racide 16-mercaptohexadecanoique (HOOC-C₁₅H₃₀-SH, i.e. MHA) est ancré à la surface des particies de γ-Fe₂O₃. L'ancrage se fait par réaction chimique entre le groupe carboxylique et γ-Fe₂O₃ à la surface de la particule, laissant les groupes "thiolique" ou "di-thiolique:​ libres pour des réactions ultérieures. L'orientation moléculaire du MHA à la surface des particies de γ-Fe₂O₃ a été déterminée par spectroscopie photo-éléctrique à rayons X (XPS), spectroscopie infrarouge à transfonœe de Fourier par réflexion diffuse (DRIFTS), et flottation. Le fihn de MHA auto-assemblé à la sUrface des particules de γ-Fe₂O₃ est fermement innnobilisé et résistant aux attaques acides et basiques. Les porteurs magnétiques ainsi préparés ont démontré une forte affinité pour des ions métalliques tels que Ag⁺ et Cu²⁺ en solution acqueuse.

La préparation des porteurs magnétiques par "silanation" a utilisé le 3-aminopropyltriethoxy-silane (APTES). Des m:​sures par XPS9 DRIFTS, et potentiel zéta ont démontré que la "silanation" directe (Le., sans traitement préliminaire de la surface des particules) de l'APTES à la surface des particules magnétiques est possible dans le cas de solution acqueuse et dans le cas de solution à base de toluène. Dans le cas de solution acides, les films obtenus par '6silanationt9 directe sur les particules magnétiques sont plus stables pour la "silanation" dans le toluène que pour la "silanationu dans L'eau. Dans le cas de solution alkalines, Les films sont instables pour les deux solvents. Afin d'améliorer la stabilité des films obtenus par "silanation", une dense mais fine couche de silica a été déposée à la surface des particules magnétiques en utilisant La méthode sol-gel, suivie d'une déposition de silica liquide dense. Des porteurs magnétiques avec fonction amine ont été préparés par "silanation" d'APTES dans une solution de toluène de particules préliminairement eorobées de silica. Les tests de stabilité sur les films ainsi préparées sur des particules préliminairement enrobées de silica ont montré une stabilité supérieure à celle obtenue lors de préparation par "silanation" directe sur les particules non emobées.

Les poneurs magnétiques dotés de groupes réactifs amine ont montré leur efficacité pour L'élimination ou La récupération en solution acqueuse d'ions métalliques tels que Cu²⁺ ou Zn²⁺. Les ions métalliques absorbés sur Les porteurs magnétiques peuvent être complètement détachés de la surface des porteurs en Les traitant par une solution d'acide hydroclorique (ou nitrique) à 0.01 M. L'opportunité de recyclage des porteurs magnétiques pourrait compenser le coût élevé de ces porteurs, et réduire les coûts associés à une application industrielle de ces porteurs. L'application des porteurs magnétiques avec groupes réactifs amine et thiol dans les domaines de la séparation de cellules biologiques, L'immobilisation des enzymes, les fluides magnétiques et les traitements des déchets sont aussi discutés.