Distillation membranaire avec des fibres creuses métalliques pour la concentration des solutions thermo-sensibles

Membrane distillation with porous metal hollow fibers for the concentration of thermo-sensitive solutions

• Auteur / Autrice : Sushumna Shukla
• Direction : José G. Sanchez Marcano, Nieck Benes, Ivo Vankelecom
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 18/12/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2 en cotutelle avec Universiteit Twente (Enschede, Nederland), KU Leuven (1970-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences des Procédés – Sciences des Aliments (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : André Ayral
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : José G. Sanchez Marcano, Nieck Benes, Ivo Vankelecom, André Ayral, Violaine Athès, Bart Van der Bruggen, Louis Winnubst, Nicolas Hengl
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Violaine Athès, Bart Van der Bruggen, Louis Winnubst

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pervaporation

Chauffage ohmique

Membranes (technologie)

Mots clés libres

Fibres creuses métalliques

Solutions thermosensibles

Effet Joule

Distillation membranaire

Pervaporation

Metallic hollow fiber membrane

Thermo-Sensitive solutions

Joule effect

Sweep gas membrane distillation

Pervaporation

Résumé

Cette thèse présente une approche originale du procédé de distillation membranaire avec balayage gazeux pour la concentration des solutions thermosensibles (SGMD). Pour ce faire, un nouveau contacteur membranaire avec des fibres creuses métalliques a été conçu afin réaliser le procédé de distillation à basse température. La chaleur nécessaire au procédé est produite au niveau des fibres par effet Joule, plutôt qu'à partir de chaleur latente de la phase aqueuse. La génération localisée de la chaleur a comme conséquence une réduction du phénomène de polarisation de la température. Des fibres creuses en acier inoxydable ont été synthétisées avec les propriétés structurales appropriées et une bonne résistance mécanique. La surface des pores des fibres a été rendue hydrophobe par le dépôt d'une fine couche d'un élastomère. En outre, une nouvelle méthode « verte » a été développée pour fabriquer des fibres creuses en alumine et acier inoxydable. Cette méthode est basée sur la gélification ionique des bio-polymères et ne n'utilise pas des solvants nocifs. L'étude expérimentale détaillée du SGMD a permis de déterminer l'influence de différents paramètres opérationnels sur les performances du procédé. Il a été démontré que l'effet Joule permet d'améliorer le flux et l'efficacité de la séparation non seulement pour le SGMD mais aussi pour la pervaporation.

This thesis presents an original approach for the concentration of thermo-sensitive solutions: the Sweep Gas Membrane Distillation (SGMD) process. A new membrane contactor with metallic hollow fibers has been designed and allows the distillation process to be operational at low temperature. Heat is generated in the fibers by the Joule effect, rather than being supplied as latent heat in the liquid bulk. The localized generation of heat results in a reduction of temperature polarization phenomena. The stainless-steel hollow fiber membranes have been synthetized with appropriate structural properties and sufficient mechanical strength. The pore surface of the fibers has been made hydrophobic by the deposition of a thin layer of an elastomer. Moreover, a novel and green method is presented to fabricate alumina and stainless-steel hollow fibers. This method is based on ionic gelation of a biopolymer and completely avoids the use of harmful solvents. By a detailed experimental study of the SGMD the influence of different operational parameters on the process performance has been investigated. The improvements in the flux and the separation efficiency using Joule effect have been successfully demonstrated, even in the case of pervaporation.