Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article traite de l’utilisation des matériaux céramiques dans différents procédés industriels pour la protection de l’environnement. Il présente les membranes et les filtres pour le traitement des liquides et des gaz puis les dispositifs catalytiques pour le traitement des effluents des sources mobiles et stationnaires. La dernière partie aborde d’autres applications industrielles actuelles en adsorption ainsi que des applications en cours de développement comme les réacteurs catalytiques à membranes et la séparation des gaz.
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Lire l’articleAuteur(s)
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André AYRAL : Professeur à l'Université Montpellier 2 - Institut européen des membranes, CC047, Université Montpellier 2, France
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Vasile HULEA : Professeur à l'École nationale supérieure de chimie de Montpellier - Institut Charles Gerhardt UMR 5253, CNRS/UM2/ENSCM/UM1, MACS, ENSCM, Montpellier, France
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Jean-Pierre JOULIN : Consultant - New Energy Consulting Services, Montpellier, France
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Anne JULBE : Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique - Institut européen des membranes, CC047, Université Montpellier 2, France
INTRODUCTION
Les pressions environnementales croissantes telles que la pollution massive de l'air et des ressources en eau ou encore l'épuisement accéléré des réserves en énergie fossile ont conduit au concept de développement durable et à des stratégies associées telles que le traitement des effluents liquides et gazeux, la purification et le recyclage sur site de l'eau, l'utilisation et la purification des bioressources, l'allègement des véhicules de transport, l'utilisation de nouveaux vecteurs énergétiques, comme le dihydrogène, ou plus généralement l'intensification des procédés (associée à la notion d'« économie d'atomes », indicateur mesurant l'efficacité d'un procédé et égal au rapport, pondéré par les coefficients stœchiométriques appropriés, de la masse molaire du produit à synthétiser par la somme des masses molaires des réactifs). Les réglementations nationales ou internationales en matière d'environnement sont de plus en plus sévères et constituent donc des leviers importants pour la mise en place de nouveaux procédés industriels ainsi que pour l'amplification des efforts de recherche et développement sur les procédés propres et la remédiation des environnements pollués.
Du fait de propriétés spécifiques telle que la réfractarité, la stabilité chimique ou encore la tenue mécanique à la compression ainsi que de la grande diversité de microstructures, de porosités et de géométries accessibles, les céramiques constituent une classe de matériaux incontournables pour de nombreux procédés industriels actuels ou en cours de développement, visant la protection de l'environnement. Cet article en fournit une illustration en abordant des applications relatives à la filtration, à la catalyse hétérogène, à l'adsorption ou encore à des opérations couplées, par exemple dans les réacteurs catalytiques à membranes, basées sur la multifonctionnalité des matériaux ou des systèmes mis en jeu.
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Applications en cours de développement
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3. Adsorbants céramiques pour la capture de gaz et de vapeur
La fixation à la surface d'un solide (adsorbant) d'atomes ou de molécules (adsorbats) peut se produire par adsorption physique ou physisorption (mise en jeu de liaisons faibles entre les espèces adsorbées et la surface solide) ou bien par adsorption chimique ou chimisorption (réaction chimique entre les espèces adsorbées et la surface solide).
Un exemple relatif au premier cas est celui du « silica gel », silice mésoporeuse hydrophile (SiO2), développant une grande surface spécifique. L'eau atmosphérique s'adsorbe sur sa surface et se condense par condensation capillaire dans ses pores . On peut retrouver des sachets contenant des granules millimétriques de « silica gel » dans de nombreux conditionnements d'appareillages ou d'aliments secs que l'on souhaite protéger de l'humidité. Pour différentes applications industrielles, c'est l'alumine poreuse (issue de la déshydratation rapide d'hydroxyde d'aluminium) qui est le matériau de prédilection pour la production d'adsorbants par physisorption du fait de son coût relativement faible et de la grande diversité de formes et de textures qu'il est possible d'obtenir.
Pour illustrer l'application de la chimisorption, on peut retenir l'exemple de la capture du sulfure d'hydrogène par l'oxyde de zinc. Les espèces soufrées, en particulier H2S, sont des poisons très néfastes pour les catalyseurs métalliques utilisés dans les usines de fabrication de l'ammoniac, du méthanol ou de l'hydrogène, en particulier pour les catalyseurs à base de Ni (mais aussi de Co, Pt, Pd…). Les oxydes de fer, matériaux à faible coût et à forte capacité de chimisorption, ne conviennent pas pour la désulfuration des gaz d'alimentation des reformeurs à la vapeur. Dans les usines de production de gaz de synthèse, l'étape d'adsorption est réalisée sur des lits d'oxyde de zinc, car ZnO réagit presque complètement avec H2S pour former du sulfure de zinc et de l'eau (figure 13). L'oxyde de zinc est également utilisé pour extraire H2S obtenu par hydrotraitement de composés...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FANTOZZI (G.), NIEPCE (J.C.), BONNEFONT (G.) (Éds) - Les céramiques industrielles, propriétés, mise en forme et applications. - Dunod, Paris (2013).
-
(2) - AIMAR (P.), BACCHIN (P.), MAUREL (A.) - Filtration membranaire (OI, NF, UF, MFT) – Aspects théoriques : mécanismes de transfert - [J 2 789], Techniques de l'Ingénieur (2010).
-
(3) - CLÉMENT (R.), JONQUIÈRES (A.) - Pervaporation. - [J 2 820], Techniques de l'Ingénieur (2001).
-
(4) - SUN (L.M.), THONNELIER (J.Y.) - Perméation gazeuse. - [J 2 810], Techniques de l'Ingénieur (2004).
-
(5) - BURGGRAFF (A.J.), COT (L.) - Fundamentals of inorganic membrane science and technology. - Membrane Science and Technology Series, 4, Elsevier, Amsterdam (1996).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Membranes céramiques
CTI SA http://www.ctisa.fr
TAMI http://www.tami-industries.com
Pall Exekia https://www.pall.com/
Filtres à métaux
Filtres type nid d'abeilles
Corning http://www.corning.com
Filtres mousses
Vésuvius http://www.vesuvius.com
Foseco http://www.foseco.com
Filtres pressés
Coorstek http://www.coorstek.com
Daussan http://www.daussan.com
Filtres tissés (et métalliques)
Pyrotek http://www.pyrotek.info
Adsorbants
Granules et extrudats http://www.axens.net
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