Contribution à la mise au point de nouveaux matériaux membranaires pour la filtration de milieux complexes : étude physico-chimique de membranes d'acétate de cellulose et de méthylcellulose partiellement alkylée obtenues par immersion-précipitation

Physicochemical study of new barrier materials obtained by immersion-precipitation of cellulose acetate and partially alkylated methycellulose : application to the filtration of complex mixtures

• Auteur / Autrice : Reine Barbar
• Direction : Jacques Fanni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Procédés biotechnologiques et alimentaires
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Émulsions

Acétate de cellulose

Séparation (technologie)

Membranes (biologie)

Résumé

En réponse aux exigences actuelles du consommateur qui recherche une huile authentique et de qualité, les procédés membranaires font partie des technologies douces recherchées avec l'avantage d'être économiques. L'étude menée a considéré l'hydrophobicité de surface comme clé de la séparation. Un module de fractionnement à quatre compartiments a permis la séparation d'une émulsion modèle à travers deux membranes commerciales de polarité différente. Un modèle théorique de jonction hydrophile/hydrophobe est alors proposé, dans lequel la séparation se fait par passage unidirectionnel des molécules compatibles avec la membrane barrière. La synthèse de nouveaux matériaux membranaires générant une échelle d'hydrophobicité entre ces deux membranes aux propriétés extrêmes est lors visée. Une troisième membrane a donc été synthétisée à partir du système ternaire acétate de cellulose/acétone/eau par immersion-précipitation. L'étude par diffusion statique de la lumière aux petits angles a permis de déterminer un mécanisme de nucléation et croissance des membranes. Ces membranes sont ensuite modifiées par incorporation de méthylcellulose alkylée avec les chaînes aliphatiques d'époxydodécane. Les spectres infrarouges en mode de réflexion totale atténuée des membranes modifiées montrent une amplification de l'absorbance dans la région des vibrations d'élongation des chaînes alkyles. Les spectres haute résolution en XPS des membranes modifiées confirment ce résultat par une augmentation du pourcentage de la composante du carbone des chaînes alkyles C-(C,H). Une accentuation du caractère hydrophobe de la membrane est recherchée afin d'obtenir les résultats souhaités en filtration

In response to today's consumer seeking for high quality oil with an authentic stamp, membrane processing are part of the ''mild technologies'' looked for, both economically and quality wise. In the present study hydrophobicity is considered as the key for the separation. In the present work, a fractionation device having four compartments allowed the separation of an oil-in-water model emulsion through two commercial membranes of different hydrophobicity. A theoretical model of a hydrophilic/hydrophobic junction was proposed which allows the one way flow of molecules compatible with the barrier surface. In order to create an hydrophobicity scale between the two commercial membranes, new membrane materials must be synthesized. A third membrane was then synthesized from the ternary system of cellulose acetate/acetone/water by the immersion precipitation process. Small angle light scattering measurements defined a nucleation and growth mechanism ruling the phase separation. Further modification of the membranes was conducted by the incorporation of hydrophobically modified methylcellulose through its bond with epoxydodecane aliphatic chains. Membrane surface analysis by ATR-FTIR revealed an absorbance amplification in the alkyl stretching region. XPS high resolution spectra confirmed these observations by the increase of the carbon percentage in alkyl function C-(C,H). Membranes need further hydrophobic modifications in order to obtain better filtration results