Ultra- et nano-filtration de solutions ioniques : influence de l’ajout de polymères biosourcés sur la rétention d’ions métalliques ou d’oxyanions du sélénium et prédiction de l’évolution des performances au cours de la filtration

Ultra- and nanofiltration of ion solutions : influence of biopolymer addition on retention of metal ions or selenium oxyanions and prediction of the performance evolution during filtration

• Auteur / Autrice : Boukary Lam
• Direction : Patrick Fievet, Sébastien Déon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut UTINAM (Univers, transport, interfaces, nanostructures, atmosphère et environnement, molécules) (Besançon) - UTINAM - Univers, Temps-fréquence, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Lasâad Dammak
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Dutournié, Anthony Szymczyk

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Épuration -- Biofiltration

Polymères biosourcés

Mots clés libres

Ultrafiltration assistée

Polymères biosourcés

Complexation

Interactions électrostatiques

Rétention d'ions

Modèle de transport dynamique

Polymer-Assisted ultrafiltration

Biopolymers

Complexation

Electrostatic interactions

Ion retention

Dynamic transport model

Résumé

Résumé :Ce travail comprend deux volets, l’un consacré à la récupération de polluants ioniques par ultrafiltration assistée par polymère et l’autre, à l’évaluation des qualités prédictives d’un modèle de transport dynamique en nanofiltration.L’originalité du travail réalisé dans le premier volet réside dans l’utilisation de polymères biosourcés pour supprimer des polluants cationiques mais aussi anioniques. Le potentiel du chitosane et de la carboxyméthylcellulose (CMC) a été exploré sur des solutions synthétiques de nickel, une eau de rejet industrielle issue du traitement de surface et des solutions synthétiques contenant des oxyanions du sélénium (IV) et (VI). Il a été montré que l’ajout de polymère en quantité suffisante permet d’améliorer la rétention des ions (métalliques et oxyanions) lorsque la force ionique est élevée mais diminue le flux de perméation. Les performances de rétention des ions s’avèrent dépendre fortement du pH de la solution filtrée car celui-ci agit à la fois sur la charge de la membrane, la charge du polymère et la charge des oxyanions. L’amélioration de la rétention des ions par le chitosane est observée lorsque celui-ci peut complexer les ions ou les attirer électrostatiquement. La CMC s’avère également performante lorsque sa charge est opposée à celle des ions.Le modèle de transport développé a démontré qu’il était possible de prédire l’évolution des performances de filtration (volumes filtrés, taux de rétention) au cours de la filtration de solutions salines en recyclage partiel ou en diafiltration. Il a notamment été mis en lumière que la prédiction des performances nécessitait l’estimation préalable d’isothermes d’adsorption décrivant l’évolution de la charge membranaire avec la concentration.Mots clés : Ultrafiltration assistée, polymères biosourcés, complexation, interactions électrostatiques, rétention d'ions, modèle de transport dynamique

Abstract:This work consists of two parts, one devoted to the recovery of ion pollutants by polymer-assisted ultrafiltration and the other to the evaluation of the predictive qualities of a dynamic transport model in nanofiltration.The originality of the work carried out in the first part lies in the use of biopolymers to remove cationic but also anionic pollutants. The potential of chitosan and carboxymethylcellulose (CMC) was explored on synthetic nickel solutions, industrial discharge water from surface treatment and synthetic solutions containing oxyanions forms of Se(IV) and (VI). It has been shown that adding polymer in sufficient quantities improves the retention of ions (metal ions and oxyanions) when the ionic strength is high but decreases the permeation flux. The ion retention performance is highly dependent on the pH of the filtered solution because it impacts both the membrane charge, polymer charge and oxyanion charge. The improvement in ion retention by chitosan is observed when it can complex ions or attract them electrostatically. CMC is also efficient when its charge is opposite to that of ions.The transport model demonstrated that it was possible to predict the evolution of filtration performances (filtered volumes, retention rates) during the filtration of salt solutions in partial recycling or diafiltration mode. In particular, it was highlighted that prediction of performances required the prior estimation of adsorption isotherms describing the evolution of the membrane charge with concentration.Keywords: polymer-assisted ultrafiltration, biopolymers, complexation, electrostatic interactions, ion retention, dynamic transport model