Systèmes membranaires permsélectifs adaptés

Suitable permselective membrane systems

• Auteur / Autrice : Yevhenii Prykhodko
• Direction : Kateryna Fatyeyeva, Stéphane Marais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 09/12/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale normande de chimie (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Polymères, biopolymères, surfaces (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1974-...) - Polymères Biopolymères Surfaces
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Montembault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kateryna Fatyeyeva, Stéphane Marais, Véronique Montembault, Jean Le Bideau, Cyprien Lemouchi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anthony Szymczyk, Odile Fichet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acétate de vinyle

Poly(liquide ionique)s

Membranes de séparation des gaz

Alcool polyvinylique

Mots clés libres

Poly(éthylène-co-acétate de vinyle),

Alcool polyvinylique

Poly(butyral vinylique)

Pile à combustible

Liquides ioniques protiques

Séparation gazeuse

Perméation

Sélectivité

Ethylene-co-vinyl acetate

Polyvinyl alcohol

Polyvinyl butyral

Fuel cell

Protic ionic liquids

Gas separation

Permeation

Selectivity

Résumé

Dans le cadre de matériaux plus favorables à l’environnement (énergie propre et récupération du CO2), le poly(éthylène-co-acétate de vinyle) (EVA) et l’alcool polyvinylique (PVA) ont été utilisés en tant que précurseurs pour l’élaboration de membranes échangeuses de protons et de membranes pour la séparation des gaz. L’hydrolyse de l’EVA a permis d’obtenir des copolymères aux propriétés de permsélectivité améliorées notamment vis-à-vis du CO2 et pour différentes proportions entre les groupes acétate de vinyle (VAc) et alcool vinylique (VOH). Par ailleurs l’acétylation de l’alcool polyvinylique a été bénéfique pour le développement de matériaux de base pour les conducteurs ioniques et les membranes de séparation gazeuse. Afin d’augmenter la température d’application (> 80°C) de la membrane échangeuse de protons, des liquides ioniques (LIs) protiques à base d’imidazolium ont été synthétisés. L’accent a été mis principalement sur l’optimisation de la structure chimique du système membranaire polymère/liquide ionique dans le but d’obtenir des membranes aux propriétés physicochimiques optimales pour une utilisation variée aussi bien pour la technologie de la pile à combustible que pour la séparation des gaz. Nous avons réussi à établir des relations structure-propriétés pour les LIs synthétisés et les polymères modifiés, en montrant que le changement de la chaîne latérale du cation ou de l’anion a une influence significative sur la stabilité thermique et la conductivité ionique de ces liquides ioniques, alors que la présence de certains groupes (i.e. -NO2, -SO3H, -OH, -OAc, Benzyl) dans la structure du copolymère induit des effets notables sur les propriétés thermiques, mécaniques et les propriétés de transport de la membrane.

Ethylene-co-vinyl acetate (EVA) and polyvinyl alcohol (PVA) were used as the precursors for the elaboration of the proton-exchange and gas separation membranes. It was found that the EVA hydrolysis allowed elaborating copolymers with tuned properties for the gas separation due to the different VAc/VOH group ratio. Whereas the PVA acetylation allowed the development of the proton-exchange and gas separation membrane depending on the chemical structure of the used aldehyde. In order to increase the fuel cell working temperature (> 80 °C), new fluorinated protic ionic liquids of the imidazolium nature were synthesized. The polymer/ionic liquid chemical structure was optimized in order to obtain a material to be used in the proton-exchange membrane fuel cell or gas separation technology. It is shown that the change of the cation side chain or anion nature has a significant influence on the ionic liquids thermal stability and ion conductivity, whereas an introduction of certain groups (i.e. -NO2, -SO3H, -OH, -OAc, Benzyl) in the copolymer structure has a defined effect on the membrane thermal, mechanical and transport properties.