Utilisation d'une anode à hydrogène pour la régénération d'acide et de base par électrolyse à membrane

par Frédéric Faverjon

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Gérard Durand et de Mohammed Rakib.

Soutenue en 2003

à Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine) , en partenariat avec Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne) (laboratoire) .

Le président du jury était Michel Sardin.

Les rapporteurs étaient Pierre Moszkowicz, Michel Persin.

mots clés

• Anodes
• Membranes échangeuses d'ions
• Acides -- Recyclage

Résumé

Les objectifs de ce travail de thèse étaient, après avoir construit une annode à hydrogène oerfirmante à partir de produits commerciaux, d'évaluer et de modéliser les performances de l'anode puis de quantifier les résultats obtenus lors de régénérations d'acide et de base par électrolyse à membrane utilisant l'anode étudiée. Différents essais ont permis de construire un assemblage électrode-membrane utilisée comme anode ne nécéssitant qu'une surtension de 0. 15 V pour une densité de courant de 3000 A/m2. Cette anode est constituée d'un collecteur de courant en titane platiné, d'une électrode à diffusion gazeuse E-tek et d'une membrane échanseuse de cations selon une méthode d'assemblage utilisée pour confectionner les piles à combustible. L'usage d'une anode à hydrogène , en produisant des prtons selon la réaction H2 ---> 2H+ + 2 e-, permet de diminuer d'au moins 1. 3 V par rapport à une DSA la tension de l'électrolyseur et d'acidifier des sels dont les anions sont oxydables sur électrode métallique. Le rendement faradique d'oxydation de l'hydrogène à l'anode est de 1. Le potentiel de l'anode a été étudué à l'aide de courbes courant-potentiel et décomposé en ses différentes contributions. Le terme prépondérant de ce potentiel est la chute ohmique dans la membrane. Les courbes courant-potentiel sont linéaires - ce qui a été confirmé par spectroscopie d'impédance - pour des densités de courant inférieure à 3000 A/m2. Cependant, si la concentration en protons dans l'anolyte dépasse 2 mol/L, le surpotentiel de membrane devient non négligeable. L'électrolyseur utilisé a permis de régénérer tant un acide faible - l'acide acétique - qu'un acide fort - l'acide clorhydrique - et de la soude à partir d'acétate de sodium ou de chlorure de sodium.

Titre traduit

Use of a hydrogen diffusion anode for salt splitting by membrane electrolysis

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