Membranes céramiques et polymères modifiées par de l’oxyde de graphène pour la rétention de molécules organiques et le dessalement d’ eaux saumâtres et d’eau de mer

Ceramic and polymers membranes modified by oxide ofgraphene for the rejection of organic molecules and the desalination of brackish water and seawater

• Auteur / Autrice : Omar Samhari
• Direction : Murielle Rabiller-Baudry, Saad Alami Younssi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie : procédés et environnement
• Date : Soutenance le 16/07/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1 en cotutelle avec Université Hassan II (Casablanca, Maroc)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Taky
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mama El Rhazi, Patrick Loulergue, Mohamed Bouhria, Anthony Szymczyk
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Moulin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Epuration -- Filtration sur membrane

Oxyde de graphène

Eau salée -- Dessalement -- Osmose inverse

Mots clés libres

Dessalement

Oxyde de graphène

Membrane à matrice mixte

Colmatage

Résistance au chlore

Polymère

Céramique

Colorant

Vitamine

Desalination

Graphene oxide

Mixed matrix membrane

Fouling

Resistance to chlorine

Polymer

Ceramic

Dye

Vitamin

Résumé

Le dessalement de l'eau de mer par osmose inverse (OI) est l'une des solutions pour répondre à la demande mondiale croissante d'eau douce. Cependant, il subsiste au moins deux défis majeurs : (i) la limitation du colmatage des membranes et (ii) la maîtrise de la rétention des micropolluants organiques présents dans les eaux à traiter pour assurer la potabilité de l’eau traitée. Le colmatage des membranes d’OI peut être limité en pré-traitant l’eau à filtrer (traitements physicochimiques, microfiltration) et en augmentant l’hydrophilie des matériaux membranaires. La maîtrise de la rétention des micro-polluants organiques passe par une meilleure compréhension fondamentale des origines des transferts à travers les membranes d’OI polymères qui sont actuellement les plus performantes pour le dessalement. Le but de ce travail est de contribuer à apporter des réponses à ces différents niveaux. Les travaux de thèse se sont déroulés selon 3 axes : (i) élaboration de membrane de microfiltration à faible coût en argile naturelle marocaine, utilisée comme membrane MF de prétraitement d’eau de mer puis comme support pour élaborer une membrane d’ultrafiltration par greffage d'oxyde de graphène (GO). (ii) élaboration de membranes auto-supportées à matrice mixte en PES et de GO, utilisées pour la filtration de sels, de petites molécules organiques et d’effluent modèle. Les membranes PES/GO se colmatent moins que les membranes PES. Leur résistance au chlore a été évaluée. (iii) étude de la rétention de deux micropolluants modèles (colorant, vitamine) dans de l’eau de mer synthétique. Les micropolluant modèles était deux molécules organiques de poids moléculaire proche (≈ 270 g.mol-1) de charge opposée et d’hydrophobie comparable.

Seawater desalination by reverse osmosis (RO) is one of the solutions to meet the growing global demand for fresh water. However, at least two major challenges remain: (i) to limit the membrane fouling and (ii) to control the rejection of organic micropollutants present in the water to be treated to ensure the potability of the treated water. The RO membrane fouling can be limited by pre-treating the water to be filtered (physico-chemical treatments, microfiltration) and by increasing the hydrophilicity of the membrane materials. The control of the organic micro-pollutants’rejection requires a better fundamental understanding of the origins of transfers through polymeric RO membranes which are currently the most efficient for desalination. The aim of this work is to contribute to provide answers at these different levels. The thesis work was carried out along 3 axes : (i) development of low-cost microfiltration membrane made of natural Moroccan clay, used as MF membrane for seawater pretreatment and then as a support to develop an ultrafiltration membrane by graphene oxide (GO) grafting. (ii) development of self-supported mixed matrix membranes with PES and GO, used for the filtration of salts, small organic molecules and model effluent. PES/GO membranes fouled less than PES membranes. Their resistance to chlorine was evaluated. (iii) study of the rejection of two model micropollutants (dye, vitamin) in synthetic seawater. The model micropollutants were two organic molecules of close molecular weight (≈ 270 g.mol-1) of opposite charge and comparable hydrophobicity.