Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Le terme « électrodialyse » désigne le transfert d’ions à travers des membranes sous l’effet d’un champ électrique. Cette technique, tout d’abord mise au point pour le dessalement de l’eau de mer, remplace de plus en plus des procédés physico-chimiques beaucoup plus polluants, comme l’extraction liquide-liquide ou l’échange d’ions sur résine. Pour commencer, cet article aborde la mise en œuvre de l’électrodialyse. Est décrit ensuite le phénomène de transfert de matière en électrodialyse, puis le dimensionnement d’une installation, avant d’exposer quelques applications en industrie agroalimentaire, en chimie et en pharmacie.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Hélène ROUX de BALMANN : Directeur de recherche au CNRS
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Ernest CASADEMONT : Ingénieur de recherche au CNRS - Laboratoire de Génie chimique-UMR 5503 (Toulouse)
INTRODUCTION
C’est pour faire face à des besoins en eau potable au Japon, en particulier, que l’électrodialyse a été développée en tant que procédé de dessalement de l’eau de mer à l’échelle industrielle. Au-delà du domaine du traitement de l’eau, de nouvelles applications ont ensuite été développées, comme la déminéralisation du lactosérum, qui représente une part importante de la surface installée. Les problèmes liés à la réduction de l’impact environnemental des procédés de production offrent des perspectives encore plus vastes pour des procédés physiques comme l’électrodialyse, vis-à-vis de procédés physico- chimiques, comme l’extraction liquide-liquide, la précipitation ou l’échange d’ions sur résine, plus polluants. En outre, la possibilité de réaliser une déminéralisation sélective, c’est-à-dire accompagnée d’une purification, devrait également ouvrir des perspectives de marché.
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Phénomènes de transport
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3. Mise en œuvre de l’électrodialyse
On distingue principalement deux modes de mise en œuvre.
-
L’électrodialyse conventionnelle, EDC, est la plus ancienne et reste encore la plus utilisée. Elle repose sur l’utilisation de membranes échangeuses d’ions (homopolaires). Différentes configurations peuvent être employées pour constituer le motif élémentaire afin de permettre diverses opérations de transformation.
-
L’électrodialyse à membranes bipolaires, EDMB, est beaucoup plus récente. Elle repose sur l’utilisation, dans des empilements de diverses configurations, de membranes bipolaires et de membranes échangeuses d’ions (homopolaires).
Seules les configurations couramment utilisées pour des applications industrielles sont présentées dans ce paragraphe.
3.1 Électrodialyse conventionnelle
3.1.1 Configuration à deux compartiments
Le principe de fonctionnement d’un motif élémentaire à deux compartiments (… / MEA / MEC / …) est représenté schématiquement sur la figure 3. Les deux compartiments sont alimentés avec une solution saline MX (M+, X–) de concentration donnée C 0 , qui peut être une solution de chlorure de sodium NaCl, par exemple. Sous l’effet du courant, les cations M+, qui migrent vers la cathode, traversent les MEC et sont stoppés par les MEA. De la même manière, les anions X –, qui migrent vers l’anode, traversent les MEA et sont stoppés par les MEC. On obtient ainsi, en sortie d’empilement, deux solutions : une solution MX « déminéralisée », appelée diluat, dont la concentration est inférieure à la concentration d’entrée, et une solution MX « concentrée », appelée concentrat, dont la concentration est supérieure à la concentration d’entrée.
Cette configuration, la plus commune, permet de concentrer et/ou de déminéraliser des solutions contenant des espèces chargées, qui peuvent être des espèces minérales (sels minéraux, ions métalliques par...
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Mise en œuvre de l’électrodialyse
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SHAPOSHNIK (V.A.), KESORE (K.) - An early history of electrodialysis with permselective membranes. - Journal of Membrane Science, 136, p. 35-39 (1997).
-
(2) - De DARDEL (F.) - Échange d’ions. Principes de base. - Techniques de l’Ingénieur. (F). J 2 783 Génie des procédés (1998).
-
(3) - STRATHMANN (H.), KROL (J.J.), RAPP (H.J.), EIGENBERG (G.) - Limiting current density and water dissociation in bipolar membranes. - Journal of Membrane Science, 125, p. 123-142 (1997).
-
(4) - SARACCO (G.) - Transport properties of monovalent-ion-permselective membranes. - Chemical Engineering Science, 52, no 17, p. 3019-3031 (1997).
-
(5) - DONNAN (F.G.) - Theory of membrane equilibria and membrane potentials in the presence of non-dialysing electrolytes. A contribution to physico-chemical physiology. - Journal of Membrane Science, 100, p. 45-55 (1995).
-
...
ANNEXES
* - (liste non exhaustive)
VERA CALLE (E.R.) - Désacidification de jus de fruit par électrodialyse. - Université Montpellier 2 (2004).
JACQUET VIOLLEAU (V.) - Déminéralisation par électrodialyse en présence d’un complexant. Application au lactosérum. - Institut polytechnique de Toulouse (2004).
BEN ALI (M.A.) - Traitement d’un effluent contenant du nitrate d’ammonium par électrodialyse à membrane bipolaire. - École Centrale de Paris (2002).
BAILLY (M.) - Stratégie de dimensionnement de procédés de production d’acides organiques intégrant des étapes électromembranaires. - Université Paul-Sabatier Toulouse (2000).
HAUT DE PAGE2 Caractéristiques des membranes d’électrodialyse
Les propriétés des membranes « standards » échangeuses d’ions (MEI) sont données dans le tableau 1 ; celles des membranes spécifiques sont présentées dans le tableau 2.
Se reporter au paragraphe 2.1.3 du dossier pour de plus amples reinseignements.
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