Techniques séparatives à membranes - Considérations théoriques

1 - Présentation générale

• 1.1 - Définitions
• 1.2 - Osmose inverse
• 1.3 - Nanofiltration
  Figure 1 - Situation des techniques de séparation par membranes en fonction de la taille des particules retenues
• 1.4 - Ultrafiltration
• 1.5 - Microfiltration tangentielle
• 1.6 - Écoulement tangentiel. Taux de conversion
  Figure 2 - Comparaison entre filtration classique (ou frontale) et filtration tangentielle
• 1.7 - Définition de la sélectivité
  Figure 3 - Caractérisation de la sélectivité d’une membrane d’ultrafiltration

2 - Pression osmotique

• 2.1 - Définitions
  Figure 4 - Principe de l’osmose inverse
• 2.2 - Cas général. Loi de Van’t Hoff
  Tableau 1
• 2.3 - Pression osmotique des jus de fruits
  Figure 5 - Variation de la pression osmotique de solutions de jus de fruits en fonction de la teneur en matière sèche Tableau 2
• 2.4 - Pression osmotique des électrolytes
• 2.5 - Pression osmotique et abaissement de la température de congélation
  Figure 6 - Pressions osmotiques en fonction de la concentration molaire en soluté, à 20 oC [relation ]
• 2.6 - Pression osmotique des polymères
• 2.7 - Importance de la pression osmotique dans les différentes techniques séparatives à membranes
  Figure 7 - Pressions osmotiques de différents polymères en solution

3 - Mécanismes de transfert

• 3.1 - Mécanisme de type diffusionnel
  Figure 8 - Membranes d’osmose inverse : ordre de grandeur des perméabilités A au solvant et B au soluté Figure 9 - Membranes d’osmose inverse : influence de la pression sur les coefficients de perméabilités A et B (d’après ) Figure 10 - Variation du taux de rejet en fonction de la pression efficace pour les mécanismes diffusionnels (osmose inverse) Figure 11 - Importance et influence du film d’eau à l’interface membrane-solution sur les différentes techniques à membranes : modèle de transfert de Sourirajan (d’après ) Tableau 3 Tableau 4
• 3.2 - Mécanisme du type capillaire
  Figure 12 - Variation du taux de rejet, en fonction de la masse molaire du soluté, par deux membranes différentes Figure 13 - Variation du diamètre de Stokes d’une molécule en fonction de la masse molaire (d’après ) Tableau 5
• 3.3 - Modèle de transfert de type phénoménologique ou « boîte noire »
  Figure 14 - Variation du taux de rejet d’une membrane de type capillaire en fonction de la pression appliquée (figure et d’après )

4 - Phénomène de polarisation

• 4.1 - Nature du phénomène
  Figure 15 - Polarisation en filtration tangentielle
• 4.2 - Modélisation de la polarisation : théorie du film
  Figure 16 - Modélisation de la polarisation : théorie du film
• 4.3 - Coefficient K de transfert de matière
  Tableau 6
• 4.4 - Modèle du gel en ultrafiltration
  Figure 17 - Variation du coefficient de transfert de matière en fonction du nombre de Reynolds Figure 18 - Variation du débit volumique de solvant en ultrafiltration, en fonction de la teneur massique de soluté (d’après ) Figure 19 - Variation du débit volumique de solvant en ultrafiltration, en fonction de la pression efficace et de la turbulence (d’après ) Tableau 7
• 4.5 - Mesures de la polarisation de concentration
  Figure 20 - Détermination expérimentale du facteur de polarisation (d’après )

5 - Phénomènes du colmatage

• 5.1 - Définition du colmatage
  Figure 21 - Effets de la polarisation et du colmatage sur le flux de perméat et ultrafiltration (d’après )
• 5.2 - Mécanismes du colmatage
  Figure 22 - Courbes de répartition de la taille des pores membranaires et de la taille des particules circulantes et risque de colmatage Figure 23 - Colmatage d’une membrane de microfiltration par dépôt convectif de particules : modèle de dépôt-érosion (d’après )

6 - Performances et sélectivité

• 6.1 - Densité de flux volumique ou débit spécifique
• 6.2 - Sélectivité
  Tableau 8 Tableau 9
• 6.3 - Influence de la température
  Figure 24 - Différentes voies d’amélioration de la sélectivité des membranes : ultrafiltration (UF) assistée Figure 25 - Ultrafiltration d’affinité Tableau 10

7 - Conclusion. Comparaison avec les techniques concurrentes

Tableau 11