Etude du transfert de solutés neutres et chargés à travers des membranes de nanofiltration et caractérisation des propriétés diélectriques des nanopores

par Aurélie Escoda

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Patrick Fievet et de Sébastien Déon.

Soutenue le 29-09-2011

à Besançon , dans le cadre de École doctorale Louis Pasteur (Besançon ; ....-2012) , en partenariat avec Institut UTINAM (Univers, transport, interfaces, nanostructures, atmosphère et environnement, molécules) (Besançon) (laboratoire) et de Univers- Transport- Interfaces- Nanostructures- Atmosphère et environnement- Molécules / UTINAM (laboratoire) .

Le président du jury était Stéphane Roux.

Le jury était composé de Patrick Fievet, Sébastien Déon, Stéphane Roux, Patrick Dutournié, Sylvain Galier.

Les rapporteurs étaient Patrick Bourseau, Patrick Dutournié.


  • Résumé

    La complexité des mécanismes de transport en nanofiltration (NF) nécessite ledéveloppement d’outils de modélisation fiables permettant de comprendre et d’optimiser lesopérations de séparation en NF.La présente étude comprend deux volets. Le premier porte sur la rétention d’un soluténeutre – le poly(éthylène glycol) à 600 g mol-1 (PEG) – seul et en présence d’ions, par unemembrane organique de NF (polyamide). Les résultats obtenus montrent que la rétention dusoluté neutre chute en présence d’ions et ce, d’autant plus que la concentration du sel estélevée. Ce phénomène ne peut être expliqué par le seul phénomène de déshydratation dusoluté neutre par les ions environnants. Un phénomène supplémentaire de gonflement de porea été mis en évidence et corrélé à la densité de charge membranaire. La contribution des deuxphénomènes à la chute du taux de rejet du PEG a été évaluée pour différents sels à plusieursconcentrations.Le deuxième volet du travail est consacré à (i) l’évaluation de la constante diélectrique desolutions à l’intérieur de nanopores (ep) d’une membrane organique de NF (polyamide) àpartir de mesures de potentiel de membrane et (ii) la validation de cette méthode. Les valeursobtenues s’avèrent être inférieures à celle de la solution externe (effet du confinement) etdiminuer avec l’augmentation de la proportion en ions calcium du mélange (effet structurantdes ions). L’accord entre les constantes diélectriques ep déterminées à partir de mesures depotentiel de membrane et de taux de rejet ionique (mélanges ternaires) valide la cohérence dumodèle de transport utilisé (exclusion stérique, électrique et diélectrique aux interfaces) etmontre que les mesures de potentiel de membrane peuvent être envisagées pour l’évaluationcorrecte de la constante diélectrique à l’intérieur de nanopores

  • Titre traduit

    Study of neutral and charged solutes through nanofiltration membranes and caracterization of dielectric properties of nanopores


  • Résumé

    The complexity of transport mechanisms in nanofiltration (NF) requires the developmentof reliable modelling tools for understanding and optimizing the separation process.This study is composed of two parts. The first one focuses on the retention of a neutralsolute – poly(ethylene glycol) 600 g mol-1 (PEG) – in single solute solutions and in thepresence of mineral salts by an organic NF membrane (polyamide). Results show that PEGrejection is significantly lower in mixed-solute solutions and that rejection rate drop increaseswith salt concentration. This phenomenon cannot be imputed to only the partial dehydrationof PEG molecules by surrounding ions (salting-out effect). The additional hypothesis whichwas considered in the present work is an increase in the effective pore size (pore swelling).This hypothesis was supported by electrokinetics charge density data. The contribution ofpore swelling and salting-out to the overall decrease in the rejection rate of PEG wasevaluated for different salts at various concentrations.The second part of this study deals with (i) the determination of the dielectric constantinside pores (ep) of an NF organic membrane from membrane potential measurements and (ii)the validation of this technique. Membrane potential data were analyzed by means of theSEDE (steric, electric and dielectric exclusion) transport model. ep values were found to besmaller than the bulk value and to decrease when sodium ions were replaced by calcium ions.The agreement between ep values obtained from membrane potential measurements and thosecalculated from ion rejection rate data (ternary mixtures) highlights the global coherence ofthe transport model used and shows that membrane potential measured with electrolytemixtures can be used to determine the dielectric constant inside pores with no requirement ofadditional rejection rate measurements.


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  • Détails : 1 vol. (142p.)
  • Annexes : Bibliogr. 131-139

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  • Cote : SCI.BESA2011.15
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