Électroséparation de solutions complexes pour la production d'acides organiques : phénomènes de transport et réactions aux interfaces membrane / solution

Electroseparation of complex solutions for organic acid production : transport phenomena & reactions at the membrane/solution interfaces

• Auteur / Autrice : Ekaterina Belashova
• Direction : Gérald Pourcelly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et physicochimie des matériaux
• Date : Soutenance le 26/11/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2 en cotutelle avec Kuban State agrarian university
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérald Pourcelly, Anthony Szymczyk, Sylvain Galier, Philippe Sistat, Victor V. Nikonenko, François Henn
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anthony Szymczyk, Sylvain Galier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrophorèse

Transport biologique

Polyampholytes

Membranes échangeuses d'ions

Acides inorganiques

Mots clés libres

Membranes échangeuses d’ions

Ampholyte

Composition des formes ioniques

Electroséparation

Ion-Exchange membranes

Ampholyte

Ionic form composition

Electroseparation

Résumé

L'utilisation croissante d'acides organiques dans l'industrie alimentaire, chimique et pharmaceutique entraîne le développement de nouvelles technologies pour leur isolement, séparation et concentration à partir de solutions complexes. Les procédés électro-membranaires constituent une voie prometteuse. Afin d'intensifier ces procédés, il est nécessaire de mieux comprendre les mécanismes de transport de la solution d'ampholytes dans le système électromembranaire souvent couplé à des réactions chimiques. La composition des formes ioniques peut en effet varier en fonction du pH de la solution. Les principaux objectifs de ce travail sont l'étude du comportement des systèmes membranaires contenant des solutions d'ampholytes dans un état d'équilibre (sans force de transfert ou sous très faible courant alternatif), et hors d'équilibre en régime d'électrodialyse (application d'un courant). Dans les deux cas, l'approche comprend une partie expérimentale et une partie théorique de caractérisation de transport de solution complexe. Dans la cadre de la modélisation associée, on a développé un modèle de système membranaire qui permet d'accéder à la distribution des formes d'ampholyte à l'intérieur et à l'extérieur de la membrane en fonction des paramètres externes.Les résultats de la comparaison des données expérimentales et de simulation de systèmes membranaires montre et explique les spécificités des mécanismes de transfert des ions d'ampholyte associés aux changements du pH de la solution au cours de l'électrodialyse.

The wide application of organic acids in the food, chemical and pharmaceutical industry is responsible for the increased interest in the development of new technologies for their isolation, separation and concentration from the complex solutions. The electro-membrane processes are promising. The difficulty to understand the transport mechanisms of the amphoteric solution in the electromembrane system is the coupling of chemical reactions: the ionic forms composition can vary depending on the pH of the solution.The main objectives are the study of the behavior of membrane systems containing ampholyte solutions in a steady state (without transfer force or under very low AC) and in a non-equilibrium state such as in electrodialysis regime (applying a current). In both cases, a study includes the experimental and theoretical parts of characterization of the complex solution transport. In the context of modeling a model of the membrane system which can calculate the ampholyte form distribution inside and outside the membrane depending on the external parameters was developed.The comparison of experimental data and results obtained from the simulation of membrane systems containing ampholytes solutions, shows and explains the specific features in the transfer mechanism of ampholyte ions which associated with changes of the solution pH during electrodialysis and, as a consequence, with modification of ampholyte forms.