Etude du couplage entre l'ultrafiltration assistée par complexation et l'électrolyse pour le traitement de solutions contenant du mercure(II)

Mercury(II) removal from aqueous solutions by coupled complexation-ultrafiltration and electrolysisch

• Auteur / Autrice : Jesus Alberto Barron Zambrano
• Direction : Mohammed Rakib
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mercure

Électrolyse

Composés complexes

Ultrafiltration

Mots clés libres

Polyethylenimine

Résumé

Ce travail est consacré à l’étude de la purification de solutions contenant du mercure(II) par couplage de l’ultrafiltration assistée par complexation (UFAC) et de l’électrolyse. L’UFAC est utilisée pour purifier la solution et concentrer le mercure. Deux macroligands ont été étudiés : la polyéthylènimine (PEI) et un dérivé de celle-ci, la polyéthylènimine-N-méthylthiourée (PTU). L’influence du pH, du rapport [polymère]/[Hg(II)] et de la concentration d’ions chlorure sur la retention du mercure a été étudiée. Des taux de rétention du mercure supérieurs à 99% peuvent être obtenus avec les deux polymères. La rétention du mercure avec la PEI est influencée par le pH et la concentration d’ions chlorure, avec la PTU, la rétention du mercure n’est pas influencée par ces paramètres. Par ailleurs, on a observé que des rapports [PEI]/[Hg(II)] = 4 et [PTU]/[Hg(II)] = 1 suffisent pour complexer complètement le mercure. Pour le recyclage de la PEI et la récupération du mercure concentré deux méthodes ont été étudiées : l’acidification-ultrafiltration-électrolyse et l’acidification-électrolyse directe. Le recyclage de la PEI par acidification-ultrafiltration dépend du pH et de [Cl-]. Les meilleurs résultats ont été obtenus en travaillant à pH 3,5 et [Cl-] > 0,6 M. D’autre part, la récupération du mercure par électrolyse a été étudiée. Les rendements faradiques obtenus sont proches du 100 % pour [Hg(II)] > 20 mg L-1, pour I = 0,2 A, même en présence de PEI. Les résultats obtenus ont permis de proposer deux schémas des procédés pour la séparation et la récupération du mercure avec la PEI couplant l’UFAC et l’électrolyse. La faisabilité de ces procédés a été testée expérimentalement. Par ailleurs, des calculs réalisés à l'appui des résultats expérimentaux ont permis d'illustrer l'influence de différents paramètres sur les performances de ces procédés.

The separation of mercury from aqueous solutions by coupling complexation–ultrafiltration and electrolysis was investigated. Complexation-Ultrafiltration allows mercury concentration while purifing the solution. Polyethylenimine (PEI) and Polyethylenimine-N-methylthiourea (PTU) were used as polymerics complexing agents. Effects of pH, polymère to mercury concentration ratio and chloride ions concentration on mercury retention were studied. Conditions for retention rates of mercury higher than 99 % with both polymers were obtained. Mercury retention with PEI depends strongly on both pH and chloride ions concentration while with PTU the mercury retention is not affected by these parameters. A polymere to mercury concentration ratio of 4 with PEI and 1 with PTU are enough for to complexe completely the mercury. Recycling of the PEI and mercury recovery were carried out by two different methods: acidification-ultrafiltration-electrolysis and acidification-electrolysis. Recycling of the PEI by acidification-ultrafiltration depends on both pH and chloride ions concentration. Best results were obtained at pH = 3. 5 and [Cl-] > 0. 6 M. Direct electrodeposition of mercury using a packed bed flow through (PBFT) cathode was also carried out. Influence of operating parameters such as current intensity, pH, PEI and chloride ion concentration was studied. Depletion of mercury from 100 to 20 mg L-1 was achieved with a current efficiency of about 100% when the current was 0. 2 A. Two processes based on coupled complexation-ultrafiltration and electrodeposition on PBFT cathode were proposed and tested. Design elements of the whole processes were given.