Modélisation moléculaire de la couche active des membranes d'osmose inverse et des interactions développées avec des polluants organiques : contribution à la compréhension des transferts dans les membranes denses.

par Xuefan Song

Projet de thèse en Génie des procédés

Sous la direction de Claire Fargues, Bernard Rousseau et de Wafa Guiga.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2015-....) , en partenariat avec GENIAL - Ingénierie Procédés Aliments - UMR AGROPARISTECH/INRA (laboratoire) et de AgroParisTech (France) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    L'élimination ou la récupération de molécules organiques dans des effluents ou des co-produits industriels intéresse de nombreux secteurs manufacturiers. Les procédés baro-membranaires sont très intéressants pour ces applications, mais leurs performances restent inégales et difficilement prévisibles en fonction des solutés à séparer. La thèse se propose d'associer une démarche génie des procédés aux potentialités offertes par la modélisation moléculaire, afin de comprendre et rendre prédictif le transfert des solutés organiques dans les membranes d'osmose inverse en polyamide aromatique réticulé. Ceci implique l'estimation du gonflement du polymère à l'eau et de sa sélectivité vis à vis des solutés suivant leur nature. L'approche modélisation moléculaire est innovante dans ce cadre et sera validée par un volet expérimental. Les deux laboratoires de recherche impliqués sont complémentaires sur ces aspects : le modèle du polymère sera construit à l'aide d'outils de simulation moléculaire dédiés, puis la méthode Monte Carlo utilisée pour estimer la sorption d'eau et de solutés. Des dynamiques moléculaires seront réalisées pour accéder à leurs propriétés de diffusion (Equipe ThéoSim – LCP). Du côté de l'équipe I2MC (GENIAL) qui étudie l'osmose inverse depuis 15 ans, la collecte de données expérimentales de référence tels que facteurs de structure du polymère permettra de valider les modèles atomiques construits. Les données d'équilibre de sorption d'eau et de solutés organiques permettront de les affiner.

  • Titre traduit

    Molecular modeling of key polymeric material in reverse-osmosis membranes and of their interactions with small organic pollutants: A contribution to transfer control in dense polymers.


  • Résumé

    The growing demand of cleaner industrial processes (water treatment or bio-refinery…) recently led to an increasing use of membrane technologies. Pressure driven filtration processes such as reverse osmosis or nanofiltration are promising for such applications, but their separation performances are difficult to forecast as far as small organic solutes are concerned. This project aims to associate a chemical engineering approach with a molecular modeling one in order to improve understanding and prediction of organic solutes mass-transfer through reverse osmosis membranes. This means to estimate water swelling of the polymer (cross-linked aromatic polyamide) as well as to evaluate its selectivity to the solutes, depending on their physical-chemical character. Both partner labs have complementary skills: simulation of the polymer will be performed at atomistic scale; network swelling properties and their relations to water and organic solutes sorption will be specifically investigated through different thermodynamic theories or using Monte Carlo method in osmotic and grand canonical ensemble. Molecular dynamics in canonical ensemble will give access to solutes diffusivity coefficients (ThéoSim Team– LCP). This theoretical work will be validated by the required experimental reference data such as structure factor and thermodynamic properties of the studied models (water and solutes sorption tests), as well as to more macroscopic separation parameters such as membrane permeability (I2MC Team – GENIAL).