Préparation de membranes auto-oscillantes biomimétiques présentant un flux pulsatile

Preparation of self-oscillating biomimetic membranes with pulsatile flow

• Auteur / Autrice : Marianne Benoit
• Direction : Damien Quémener, Claire Antonelli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Patrice Woisel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Damien Quémener, Claire Antonelli, Patrice Woisel, Anne Jonquières, Daniel Grande
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Jonquières, Daniel Grande

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oscillateurs

Polymérisation

Polymères

Mots clés libres

Membrane polymère

Oscillation autonome

Oscillateur de pH

Pmaa

Polymer membrane

Self-Oscillating

PH oscillator

Pmaa

Résumé

De nombreux défis restent encore à relever afin d’améliorer les technologies membranaires dans le domaine du traitement de l’eau. L’encrassement des membranes justifie l’utilisation de techniques de nettoyage nocives pour l’environnement et impactant la durée de vie des matériaux membranaires. Inspiré des mécanismes impliqués dans les systèmes biologiques, ce projet a pour objectif de développer de nouvelles membranes fonctionnelles et autonomes. Dans ce travail, du poly(acide méthacrylique) fonctionnalisé (PMAA) a été préparé par polymérisation RAFT et greffé à l'interface d'une membrane d'alumine commerciale. Installée dans une cellule de filtration, la membrane fonctionnalisée PMAA a été synchronisée à un oscillateur de pH (Bromate-Sulfite-Ferrocyanure: BSF). Lorsque l'écoulement à travers la membrane atteint le domaine d'oscillation de pH, un écoulement pulsatile avec des cycles de perméabilité impressionnants a été observé. L'oscillateur BSF entraîne un changement cyclique du pH entre 3,5 et 6,5 dans la cellule de filtration. Comme le PMAA a un pKa d'environ 4,8, une extension-contraction cyclique des chaînes polymères est obtenue et conduit à un changement synchronisé de la taille des pores. Ce type de système a pour conséquence directe la modulation oscillatoire de la perméabilité de la membrane. De plus, l’objectif est d’adapter ce système sur des membranes à base de polymères à microporosité intrinsèque qui présentent de bonnes propriétés mécaniques, thermiques et de résistance aux produits chimiques.

Many challenges remain to be overcome in order to improve membrane technologies in the field of water treatment. The membrane fouling justifies the use of cleaning techniques that are harmful to the environment and impact the lifetime of the membrane materials. Inspired by the mechanisms involved in biological systems, this project aims to develop new functional and autonomous membranes. In this work, functionalized poly(methacrylic acid) (PMAA) was prepared by RAFT polymerization and grafted to the interface of a commercial alumina membrane. Mounted in a filtration cell, the PMAA functionalized membrane was synchronized with a pH oscillator (Bromate-Sulfite-Ferrocyanide: BSF). When the flow through the membrane reaches the pH oscillation domain, pulsatile flow with impressive permeability cycles has been observed. The BSF pH oscillator causes a cyclical change in pH between 3.5 and 6.5 in the filter cell. Since PMAA has a pKa of about 4.8, a cyclic extension-contraction of the polymer chains is obtained and leads to a synchronized change in the size of the pores. This type of system has as a direct consequence, which is the oscillatory modulation of the permeability of the membrane. In addition, the objective is to adapt this system to membranes based on polymers with intrinsic microporosity that exhibit good mechanical, thermal and chemical resistance properties.