Étude des propriétés physico-chimiques et de la microstructure des membranes échangeuses d’ions, modifiées ou non, en présence d’un solvant mixte eau-méthanol et à différentes températures

par Lobna Chaabane-Dammak

Thèse de doctorat en Chimie-physique. Chimie et sciences des matériaux

Sous la direction de Bernard Auclair et de Gérard Bulvestre.

Soutenue en 2007

à Paris 12 .


  • Résumé

    On a mené systématique des caractéristiques statiques et dynamiques de deux MEC commerciales (CM2 et Nafion®117) en présence d'un solvant miste H2O-MeOH à différentes compositions et températures. On a montré que les variations des grandeurs statiques sont beaucoup plus prononcées pour le Nafion que pour la CM2, ce qui est expliqué par l'influence du MeOH sur la constate diélectrique du milieu membranaire, par la différence de réticulation, et par le caractère auto-accéléré de la pénétration du MeOH dans le Nafion. L'interprétation des résultats relatifs à trois grandeurs dynamiques (conductivité électrique (km), perméabilité du MeOH (PM), nombre de transport (TA)) en utilisant le modèle microhétérogène (pour déterminer la fraction de la solution intergel f2) nous a permis de corréler ses variations avec la teneur en MeOH (XM) et d'expliquer les variations des énergies d'activation (EA). La corrélation entre Km et f2 a confirmé les conclusions de KREUER relatives aux microstructures des MEI (obtenues par SAXS) et a montré les limites du modèle microhétérogène. L'analyse de la courbe f2=f(XM) nous a permis d'améliorer le modèle de HAUBOLD en introduisant un nouveau paramètre. Les mesures de PM ont montré que la Nafion117 présente une fuite en MeOH supérieure à celle de la CM2, ce qui est attribué à leur différence de réticulation. Les mesures du TA ont montré une forte perte de sélectivité pour XM>30%. Ceci est dû à une forte pénétration de l'électrolyte à l'intérieur de la MEI et ç la formation de paires d'ions. Les modifications des MEI ont montré que chaque traitement réduit PM et km mais aucun ne permet d'avoir une MEI de faible PM et de km élevée.

  • Titre traduit

    Physicochemical properties and microstructure study of ion-exchange membranes, modified or not, in presence of water-methanol mixed solvent at different temperatures


  • Résumé

    We have carried out a systematic study of the static and dynamic characteristics of two commercial MEC (CM2 and Nafion®117) in the presence oh H2O-MeOH mixed solvent for different compositions and temperaturs. We have showed that variations of static characteristics are much more pronounced for Nafion than for CM2, which is explained by the influence of MeOH on the dielectric constant of the membrane phase, by the cross-linking difference, and by the auto-accelarated character of the MeOH penetration in Nafion. The interpretation of the results given by three dynamic characteristics (electrical conductivity (km), MeOH permeability (PM), transport number (TA)) by using the micro-heterogeneous model (to determine the fraction of the intergel phase f2) allowsus to correlate these variations with the MeOH content (XM) and to explain the activation energy (EA) variations. The correlation between km and f2 confirmed KREUER's conclusions relative to MEC microstructures (acquired by SAXS) and showed the limits of the micro-heterogeneous model. The analysis of the curve f2=f XM) allowed us to improve HAUBOLD's model by intriducing a new parameter. The PM measurements showed that Nafion117 presents higher MeOH leakage than CM2, which is attributed to their cross-linking difference. TA measurements showed showed a strong selectivity loss for XM>30%. This is due to a strong electrolyte penetration inside the MEI and the formation of ion-pairs. The modifications of MEI showed that each treatment reduces PM and km, but none permits to have weak PM and high km.

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  • Annexes : Bibliogr. : 242 réf

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