Thèse soutenue

Polymère greffé membranes céramiques pour la nanofiltration de solvants

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Auteur / Autrice : Cheryl Raditya Tanardi
Direction : André AyralArian NijmeijerIvo Vankelecom
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie séparative, matériaux et procédés
Date : Soutenance le 12/11/2015
Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec Universiteit Twente (Enschede, Nederland), KU Leuven (1970-....)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : André Ayral, Arian Nijmeijer, Ivo Vankelecom, Joe Da Costa, Ernst Sudhölter, Vasile Hulea, Louis Winnubst
Rapporteurs / Rapporteuses : Joe Da Costa, Ernst Sudhölter

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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La nanofiltration (NF) est un procédé applicable à la récupération des solvants organiques. Une membrane chimiquement stable est alors requise pour résister aux solvants organiques. Cette thèse traite de la préparation de membranes NF chimiquement stables par greffage de substrats céramiques mésoporeux et de l'étude de leurs propriétés de transport des solvants et des solutés. Dans le chapitre 1, l'état de l'art sur les techniques de greffage est présenté ainsi que celui sur le comportement au transport des membranes NF résistantes aux solvants.Dans les chapitres 2 et 6, des membranes d'ultrafiltration en alumine mésoporeuse sont greffées avec des groupements organiques hydrophobes ou hydrophiles. La diminution du diamètre des pores permet ainsi d'accéder à la nanofiltration. Au chapitre 5, un agent couplant est utilisé pour améliorer l'ancrage de ces groupements dans les pores. Ceci réduit cependant la perméabilité aux solvants, en comparaison aux mêmes membranes modifiées avec du polydiméthylsilane (PDMS) mais sans agent couplant. Dans le chapitre 6, la capacité de greffage de poudres d'alumine est mesurée pour des agents de greffage différant par : la masse moléculaire des chaines polyéthylènes glycol (PEG), la nature et le nombre de groupements alcoxy terminaux et la présence ou non de fonctions urée. Ces poudres sont analysés par thermogravimétrie, spectrométrie RMN du 29Si, spectroscopie FTIR, et mesures de surface spécifique. Les densités de greffage estimées varient avec la masse des greffons, la présence de fonctions urée, et le nombre de groupements alcoxy hydrolysables.Le comportement au transport de membranes greffées est étudié dans les chapitres 3, 4 et 6. Dans le chapitre 3, pour des membranes greffées avec du PDMS, ce comportement est décrit en incorporant des termes relatifs à la sorption des solvants dans l'équation Hagen-Poiseuille. Une membrane plus fermée est obtenue lorsque le solvant est fortement adsorbé dans la couche greffée. Dans le chapitre 4, la validité des modèles de rejet de soluté basés sur l'exclusion par la taille est discutée. Une forte influence du diamètre moléculaire du soluté et du rapport de ce diamètre avec celui des pores est observée, indiquant que le mécanisme d'exclusion par la taille est ici vérifié. Trois modèles de rejet sur la base d'exclusion par la taille, à savoir Ferry, Verniory et SHP, sont testés pour prédire, en l'absence de solvant, le rejet des solutés à partir des diamètres de pore mesurés par physisorption de diazote. Pour des colorants et des solutés de type PS ou PEG dans du toluène, les données expérimentales sont bien au-dessus des valeurs prédites par ces modèles. Les résultats suggèrent que le diamètre de pore effectif en présence de solvant fortement adsorbé tel que le toluène est inférieur à celui en l'absence de solvant, une hypothèse étant qu'il n'y a pas d'interactions importantes entre solvant et soluté ou entre le soluté et la surface des pores. Cela peut expliquer un rejet plus élevé des solutés dans des solvants non polaires comme le toluène que dans des solvants polaires tels que l'isopropanol pour les membranes greffées avec du PDMS. Dans le chapitre 6, la perméabilité de membranes greffées avec des PEG est étudiée pour différents solvants (polaires ou non polaires). Une relation linéaire entre le flux et la pression transmembranaire est observée, comme pour les membranes greffées avec du PDMS. Cela indique l'absence de processus induit par des effets de cisaillement dans le fluide en écoulement et variant avec la pression transmembranaire appliquée. Pour le colorant Noir Soudan, une sélectivité supérieure est observée dans l'éthanol que dans l'hexane alors que pour la perméabilité inférieure de l'éthanol est inférieure à celle de l'hexane. Ici aussi, ces phénomènes sont expliqués par la différence de sorption des solvants dans la couche greffée. Les conclusions générales et perspectives de cette étude sont présentées dans le chapitre 7.