Étude de la dégradation de membranes en polyéthersulfone / polyvinylpyrrolidone au contact de l’hypochlorite de sodium

par Yamina Hanafi

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Anthony Szymczyk.

Soutenue le 20-11-2017

à Rennes 1 , dans le cadre de École doctorale Matière, Molécules et Matériaux (Le Mans) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (ComuE) et de Institut des Sciences Chimiques de Rennes (laboratoire) .


  • Résumé

    Lors de leur utilisation à l’échelle industrielle, les membranes polymères de filtration sont régulièrement soumises à des sollicitations chimiques lors des étapes de nettoyage et de désinfection. Bien que ces opérations restent inévitables pour restaurer les performances des membranes et prévenir la prolifération des micro-organismes, il s’avère néanmoins qu’elles conduisent à un vieillissement prématuré des membranes en conduisant à l’altération de leurs performances de filtration. L’objectif de cette thèse était d’étudier l’impact de l’hypochlorite de sodium, agent de nettoyage et de désinfection largement utilisé en industrie, sur les membranes en polyéthersulfone (PES) / polyvinylpyrrolidone (PVP). Des mesures électrocinétiques ont mis en évidence la dégradation du PES bien qu’il soit considéré comme un polymère très résistant chimiquement. Cette dégradation se produit par deux mécanismes distincts en fonction du pH de la solution d’hypochlorite de sodium : (i) la coupure de chaines du PES, principalement sous l’action de l’espèce HClO et (ii) l’hydroxylation du cycle aromatique du PES par les radicaux °OH formés au sein de la solution d’hypochlorite de sodium. La dégradation de la PVP par ouverture du cycle et son départ partiel de la membrane ont également été confirmés. Les expériences menées conjointement sur des membranes en PES pur et en PES/PVP avec différentes concentrations de PVP ont montré que la dégradation du PES par coupure de chaines se produit indépendamment de la concentration de la PVP dans la membrane. Par contre, la présence de la PVP favorise le mécanisme d’hydroxylation des cycles aromatiques du PES. Par ailleurs, le mécanisme de coupure de chaines du PES se révèle être le principal responsable de la détérioration des performances de filtration des membranes. Dans les conditions de vieillissement appliquées dans cette étude, ni l’hydroxylation du PES ni la dégradation de la PVP ne semblent jouer un rôle important dans la dégradation des propriétés de rétention des membranes. Enfin, la structure des membranes est fortement altérée sous l’action de l’hypochlorite de sodium, les modifications structurales étant plus importantes pour les membranes contenant de la PVP.

  • Titre traduit

    Study of the degradation of polyethersulfone / polyvinylpyrrolidone membranes by sodium hypochlorite


  • Résumé

    During industrial operations, filtration polymer membranes are regularly chemically-stressed during cleaning and disinfection steps. Although these latter are still unavoidable to restore the membrane performance and to prevent the proliferation of microorganisms, they lead, however, to membrane premature ageing, which impairs the membrane separation properties. The aim of this thesis was to investigate the impact of sodium hypochlorite, a widely used cleaning and disinfection agent, on polyethersulfone (PES) / polyvinylpyrrolidone (PVP) membranes. Electrokinetic measurements highlighted the degradation of PES, although the chemical resistance of this latter is well-acknowledged. The degradation of PES occurred through two distinct mechanisms depending on the pH of the sodium hypochlorite solution: (i) the PES-chain scission, which was found to result mainly from the HClO species, and (ii) the hydroxylation of the PES aromatic rings by the °OH free radicals that are formed in the sodium hypochlorite solution. Moreover, the degradation of PVP by a ring opening mechanism and its partial release from the membrane were confirmed. Experiments carried out with pure PES membranes as well as with PES / PVP membranes with different PVP contents showed that the PES-chain scission mechanism occurred whatever the PVP concentration. On the other hand, the presence of PVP was found to promote the hydroxylation of the PES aromatic rings. Furthermore, the PES-chain scission mechanism appeared to play the major role in the worsening of the membrane filtration performance. Under the ageing conditions of this study it seems that neither the PES hydroxylation nor the PVP degradation play a significant role in the worsening of the membrane rejection properties. Finally, the membrane structure was found to be substantially altered by the action of sodium hypochlorite, especially for membranes containing PVP.

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Informations

  • Sous le titre : Étude de la dégradation de membranes en polyéthersulfone / polyvinylpyrrolidone au contact de l'hypochlorite de sodium
  • Détails : 1 vol. (202 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres
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