GIMD : thème Membranes

Animateur : Jean-François LAHITTE

Les travaux de recherche de ce thème incluent l’étude des phénomènes mis en jeu lors de l’élaboration de membranes (inversion de phase, fonctionnalisation), ou lors de leur mise en oeuvre (interactions solvant/soluté/membrane, vieillissement), leur caractérisation (μ-tomographie X, modèle de rétention) et leur intégration dans un procédé (transferts gaz/liquide).

Couche d’une membrane catalytique chargée en nanoparticules réactives.

Captage du CO2 : la solution membrane 

Nous avons pu montrer que les contacteurs membranaires G/L faits de fibres creuses composites à peau dense perméable étaient des solutions pertinentes pour le captage du CO2. Des facteurs d’intensification de l’ordre de 4 et plus par rapport aux meilleures colonnes d’absorption conventionnelles, associées à une stabilité de fonctionnement, sont obtenus sur des gaz modèles (en collaboration le LRGP Nancy). – Le LGC s’est intéressé à la fabrication des fibres creuses et en particulier aux conditions de dépôt en continu de couches minces de polymère à la surface d’une fibre creuse. Cette technologie a reçu le prix des techniques innovantes pour l’environnement au salon Pollutec 2010 et un brevet a été déposé (WO 2014020019).

De nouveaux matériaux au service de procédés catalytiques

L’efficacité de membranes catalytiques a été démontrée, en incorporant des nanoparticules métalliques de 3-4nm à la surface de membranes fonctionnalisées. Ces nanoparticules catalytiques sont immobilisées et dispersées dans un gel chimique de polymère. L’augmentation du flux de filtration, en limitant le rôle de la diffusion, permet d’accroître les cinétiques d’un facteur 30000 par rapport à celles observées en réacteur agité, avec des taux de conversion proches de 100 %.

Membrane fibre creuse d’ultrafiltration

Vieillissement des membranes : mieux comprendre pour mieux utiliser

Nous avons montré que NaOCl (utilisé lors des procédures de lavages sur site de production d’eau potable) est le principal responsable du vieillissement des membranes. Pour la première fois, a été mis en évidence le rôle de la PVP (agent hydrophile dans le matériau) dans les mécanismes de dégradation. 
L’analyse sur site de membranes vieilles de plusieurs années, conforte les observations faites en laboratoire, la concentration en NaOCl ayant un effet prépondérant par rapport à l’âge.

 

    Rétention de bactéries en μ-filtration : influence du milieu

    Lors de la filtration de bactéries sur des membranes de μ-filtration qualifiées « stérilisantes », des fuites de microorganismes peuvent être observées. Nos résultats confirment que E. coli, bactérie à Gram négatif, a la capacité de se déformer pour transférer à travers une membrane dont les pores sont plus petits que la plus petite dimension du micro-organisme. Par ailleurs, les conditions hypo-osmotiques augmentent la rétention des bactéries, tandis que les conditions hyper-osmotiques favorisent leur transfert à travers la membrane.

    Reconstitution 3D de la structure poreuse d’une membrane par analyse de Tomographie x

    Interactions membrane/solution et transfert à travers des membranes

    Nos travaux ont permis de montrer qu’en fonction du type de membrane ou du régime de transfert, l’augmentation du transfert d’une espèce neutre en présence d’électrolyte est gouvernée, soit par la modification des propriétés de la structure de la membrane (interaction matériau/électrolyte), soit par la modification des propriétés du soluté (interaction soluté/électrolyte). 
    L’augmentation du transfert des solutés neutres liée à la présence d’électrolyte, a été corrélée à l’hydratation des ions (effets de gonflement du matériau et réduction de la taille apparente de l’ion déshydraté).

     

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