Elaboration et mise en œuvre de membranes composites polymère-TiO2 faiblement colmatantes
Auteur / Autrice : | Duc Trung Tran |
Direction : | Stéphan Brosillon, Catherine Faur |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie des procédés |
Date : | Soutenance le 18/07/2019 |
Etablissement(s) : | Montpellier |
Ecole(s) doctorale(s) : | École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier) |
Jury : | Président / Présidente : Philippe Moulin |
Examinateurs / Examinatrices : Stéphan Brosillon, Catherine Faur, Philippe Moulin, Christel Causserand, Gaël Plantard, Denis Bouyer | |
Rapporteur / Rapporteuse : Christel Causserand, Gaël Plantard |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Cette thèse porte sur l’élaboration et l’étude des performances de membranes d’ultrafiltration PVDF-TiO2 possédant des propriétés anti-colmatantes et photo-induites. La membrane est obtenue par application de la méthode de séparation de phases induite par un non-solvant sur un collodion de polyfuorure de vinylidène au sein duquel ont été incorporées des nanoparticules de TiO2. Il est montré : i) que la presence des nanoparticules de TiO2 les propriétés membranaires, et notamment le flux de perméat, par rapport à la membrane PVDF ; ii) que l’augmentation de la température de préparation de la membrane permettait de modifier la structure membranaire, en passant d’une morphologie constituée principalement de macrovides (dite en “doigts de gants”) à des températures basses à une morphologie spongieuse, contenant des pores de plus petite taille, à température élevée. Au-delà de la structure membranaire, des propriétés telles que la perméabilité, la porosité, la résistance mécanique, la cristallinité et les propriétés thermiques sont également influences par les changements de température de formation. Lorsque les membranes PVDF-TiO2 sont mises en oeuvre en mode photo-filtration (c.-à-d. filtration avec irradiation ultraviolette (UV) continue sur la membrane), le flux à l’eau pure de la membrane PVDF-TiO2 est encore augmenté, du fait du phénomène d’hydrophilicité photo-induite des nanoparticules de TiO2. Des premières estimations suggèrent que la photo-filtration par les membranes PVDF-TiO2 serait une économiquement rentable, car le gain en termes de filtration et qualité d’eau l’emporterait sur le cout énergétique induit par l’irradiation UV. En outre, l’efficacité de la photo-filtration a été évaluée avec des solutions d’alimentation synthétiques contenant des composés inorganiques et organiques représentatifs des eaux de surface. Il a été montré que si la plupart des ions inorganiques communément rencontrés dans l’eau potable n’ont aucun effet sur l’efficacité de la photo-filtration, la coexistence de Cu2+ et HCO3- dans l’eau d’alimentation entraîne un colmatage inorganique sévère qui inhibe le phénomène hydrophilicité photoinduite. En outre, la membrane PVDF-TiO2 présente également des flux plus élevés et une activité photocatalytique lors de la photo-filtration de solutions contenant des matières colmatantes organiques comme les acides humiques ou l’alginate de sodium. En conclusion, la membrane composite PVDF-TiO2 a démontré des propriétés et des performances significativement améliorées par rapport à la membrane PVDF, a fortioti lorsqu’elle est mise en oeuvre dans un système de photo-filtration sous irradiation UV. Ainsi, ce sont des matériaux prometteurs pour des applications membranaires en traitement de l’eau.