Influence de la modification de membranes commerciales par pulvérisation électrostatique et dépôt plasma de polymères chargés sur les performances de filtration.

par Elizaveta Korzhova

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Sébastien Deon et de Patrick Fievet.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....) , en partenariat avec UTINAM - Univers, Temps-fréquence, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules (laboratoire) depuis le 18-10-2016 .


  • Résumé

    Ces dernières années, les industries ont déployé des efforts importants pour tenter de réduire la pollution aquatique engendrée par leurs effluents. Cette pollution peut être engendrée par des polluants organiques mais également ioniques (cations métalliques par exemple). Il existe de nombreux procédés de traitement d'effluents mais les procédés membranaires ont montré un réel potentiel pour la dépollution de solutions aqueuses. En effet, les technologies membranaires sont particulièrement intéressantes du fait de leur faible consommation énergétique et de leur respect de l'environnement et des solutions traitées, car elles ne nécessitent ni d'ajout d'adjuvants chimiques ni d'élévation de température. Lors de ce projet, il est proposé de modifier la surface de membranes d'ultrafiltration par déposition de polymère chargé et d'étudier l'impact de cette couche additionnelle sur les propriétés physico-chimiques de la surface et les performances de filtration. Ce dépôt a été réalisé par deux techniques originales, la pulvérisation électrostatique développée au laboratoire et le greffage par polymérisation plasma réalisé à l'Institut de Science des Matériaux de Mulhouse. Concernant l'impact des modifications sur les propriétés physico-chimiques, une importante part de la thèse a été dédiée à l'adaptation de la méthode de potentiel/courant d'écoulement afin de déterminer la charge de surface des membranes modifiées. Cette adaptation a permis de montrer que la charge était notablement modifiée lors du dépôt de polymère et que le signe de la charge de surface pouvait même être inversé suite au dépôt. L'impact des modifications sur les performances de filtration a, quant à lui, été étudié dans un premier temps par la filtration de solutions synthétiques contenant des sels minéraux non toxiques, seuls ou en mélanges. L'objectif de cette partie était de mieux comprendre les mécanismes régissant la séparation de mélanges multi-ioniques. Nous avons notamment montré que la sélectivité entre cations mono- et divalents pouvait très fortement augmentée suite au dépôt d'un polymère chargé positivement. Cette étude pourra ensuite être étendue à la dépollution de solution multi-contaminées par des polluants ioniques tels que des ions métalliques. Enfin, la dernière partie de ce projet, dans lequel s'inscrit cette thèse, sera éventuellement dédiée à l'étude de l'influence de dépôts de polymère sur l'encrassement des membranes par des espèces colmatantes. L'objectif final du projet sera d'étudier les bénéfices de telles modifications lors de la filtration des solutions réelles complexes issues de l'industrie franc-comtoise.

  • Titre traduit

    Influence of the modification of commercial membranes by electrospray deposition and plasma grafting of charged polymers on filtration performances.


  • Résumé

    In recent years, industries have made significant efforts to reduce water pollution from their effluents. This pollution can be caused by organic pollutants but also ionic pollutants (metal cations for example). There are a lot of effluent treatment processes but the membrane processes have shown a real potential for the purification of water solutions. Indeed, membrane technologies are particularly interesting because of their low energy consumption and their respect for the environment and treated solutions because they require neither the addition of chemical additives nor temperature rise. During this project, it is proposed to modify the surface of ultrafiltration membranes by deposition of charged polymer and to study the impact of this additional layer on the physicochemical properties of the surface and filtration performance. This deposit was made by two original techniques, the electrostatic spraying developed in the laboratory and the plasma polymerization grafting carried out at the Mulhouse Materials Science Institute. Concerning the impact of the modifications on the physicochemical properties, an important part of the thesis was dedicated to the adaptation of the potential / flow current method to determine the surface charge of the modified membranes. This adaptation made it possible to show that the charge was noticeably modified during the polymer deposition and that the sign of the surface charge could even be reversed following the deposition. The impact of the modifications on the filtration performance has, for its part, been studied initially by the filtration of synthetic solutions containing non-toxic mineral salts, alone or in mixtures. The objective of this part was to better understand the mechanisms governing the separation of multi-ionic mixtures. In particular, we have shown that the selectivity between mono- and divalent cations can be very greatly increased following the deposition of a positively charged polymer. This study can then be extended to the treatment of multi-contaminated solution by ionic pollutants such as metal ions. Finally, the last part of this project, in which this thesis is written, will eventually be dedicated to the study of the influence of polymer deposits on the fouling of membranes by fouling species. The final objective of the project will be to study the benefits of such modifications when filtering real complex solutions from the Franche-Comté industry.