Caractérisation du colmatage des membranes d'ultrafiltration de production d'eau potable par des nanoparticules fluorescentes.

par Morgane Le hir

Thèse de doctorat en Nr

Sous la direction de Philippe Moulin.

Thèses en préparation à Aix-Marseille , dans le cadre de Sciences de l'environnement (251) .


  • Résumé

    La production et l’utilisation croissante des nanomatériaux et nanoparticules (NP) dans de nombreux secteurs d’activité conduisent inévitablement à un relargage de NP dans l'environnement et notamment dans les eaux, devenant ainsi une pollution émergente dans le schéma de la production d’eau potable. Les membranes d’ultrafiltration (UF) semblent présenter un réel potentiel de rétention envers les NP du fait de leur taille de pores proche de 20 nm. La filtration de NP fluorescentes de diamètre 100, 10 et 1,5 nm en suspensions, seules ou en mélange, a été étudiée. Les tailles des NP ainsi sélectionnées permettent de travailler avec des dimensions plus grande, plus petite et du même ordre de grandeur que la taille des pores. La considération de la concentration des flux de la filtration en nombre de NP a permis d’estimer le nombre de NP bloquées sur et/ou dans la membrane. Une méthodologie précise et fiable permettant la localisation de ces NP bloquées a été consolidée par une précision de mesure plus importante grâce à une caractérisation multi-échelle. Des profils de pénétration des NP fluorescentes dans la membrane ont été réalisés grâce à une imagerie au Microscope Confocal à Balayage Laser (MCBL). L’application des modèles de colmatage aux données expérimentales a montré une bonne adéquation avec la localisation microscopique des NP et les résultats expérimentaux obtenus. L’influence des conditions opératoires, de la présence de sel et/ou de la polydispersité de la suspension d’alimentation sur l’établissement et la localisation du colmatage a pu être déterminée, notamment grâce à la mise en place de plan d'expérience.

  • Titre traduit

    Characterization of ultrafiltration membrane fouling by fluorescent nanoparticles applied to drinking water production


  • Résumé

    The increasing use of nanotechnologies and nanoparticles (NPs) in many sectors of activities leads to their inevitable discharge in the environment and thus in water. The properties and the toxicity of these NP are still unclear, so that this new pollution have to be considered in drinking water treatment plant. Ultrafiltration (UF) membranes, which have nanometric pore size, present a great potential for NP retention. The mass transport through the UF membrane of fluorescent NP, with size of 100, 10 and 1.5 nm, has been studied. The influence of operating conditions (transmembrane pressure, volumetric concentration factor) have been treated by experimental design. Consideration of the NP concentration in number in each flux thanks to a Nanosight NS300, allowed to estimate the number of NPs blocked on and/or into the membrane. An accurate and reliable methodology allowed the localization of the fouling by Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM). Application of fouling models to experimental data showed good agreement with microscopic NP location. The influence of the operating conditions, the salinity and/or the polydispersity of the feed suspension on the fouling establishment and fouling profile has been studied.