Conversion du formiate de sodium en acide formique et hydroxyde de sodium par procédés électromembranaires : rôle de la diffusion à travers les membranes et modélisation de l'électrodialyse à membranes bipolaires

Splitting of sodium formate into formic acid and sodium hydroxide by electromembrane processes : role of diffusion of molecular acid through the membranes and modelling of bipolar membrane electrodialysis

• Auteur / Autrice : Jesus Salvador Jaime Ferrer
• Direction : Mohammed Rakib
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Membranes (technologie)

Modèles mathématiques

Électrodialyse

Mots clés libres

Formiate de sodium

Résumé

Dans ce travail l'électrodialyse conventionnelle (EDC) a été utilisée pour concentrer une solution diluée de formiate de sodium jusqu'à une concentration de 2 mol L-1. Puis, l'électrodialyse à membranes bipolaires (EDMB) a été proposée pour régénérer l'acide formiqueet l'hydroxyde de sodium à partir de la solution de formiate de sodium concentrée. L'influence des différents paramètres opératoires sur les performances de l'EDMB, tels que les concentrations initiales et la densité de courant, a été étudiée pour deux configurations: à deux compartiments avec une membrane échangeuse de cations (MEC) et à trois compartiments avec une MEC et une membrane échangeuse d'anions (MEA). Il a été démontré que la diffusion de l'acide formique et la fuite de OH- sont les phénomènes principaux qui limitent le rendement faradique et la pureté des solutions obtenues. Une cellule Electrocell AB a permis d'étudier la diffusion à travers différentes membranes commerciales. L'influence des paramètres suivants sur la diffusion a été étudiée: concentrations de l'acide formique, du formiate de sodium et de la soude, température, nature des membranes. Ces études ont permis de comparer les performances entre les différentes membranes commerciales. Les essais de diffusion ont été comparés aux experiences sur un pilote. Un modèle prédictif basé sur les bilans de matière a été proposé et validé à l'echelle pilote pour l'EDMB à deux et à trois compartiments. Il permet de prévoir l'évolution des différentes espèces ainsi que le rendement faradique attendu à partir des concentrations initiales, de la densité de courant et de la température.

In this work the conventionally electrodialysis (CED) was used to concentrate a dilute solution of sodium formate up to a concentration of2 mol L-1. Then, the bipolar membrane electrodialysis (BMED) has been proposed to regenerate formic acid and sodium hydroxide from the concentrated sodium formate solution. The influence of various operating parameters on the performance of the BMED, such as initial concentrations and current density, was studied for two configurations: two compartments with a cation-exchange membrane (CEM) and three compartments with a CEM and anion-exchange membrane (AEM). Il has been shown that the diffusion of formic acid and leakage of OH- are the main phenomena that limit the current efficiency and purity of obtained solutions. A small cell (Electrocell AB) was used to study the diffusion through various commercial membranes. The influence of parameters on the diffusion has been studied: the concentration of formic acid, sodium formate and sodium hydroxide, temperature, mature of membranes. These studies compare the performance between the differents commercial membranes. The diffusion tests were compared to pilote experiments. A predictivemodel based on mass balance was proposed and validated at pilot scale for two and three compartments BMED. It allows to predict the evolution of different species and current efficiency expected from the initial concentrations, the current density and temperature.