Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article analyse les mécanismes de transfert intervenant lors de l’osmose inverse (OI), la nanofiltration NF, l’ultrafiltration UF et la microfiltration NFT. Ces procédés de séparation en phase liquide par perméation à travers des membranes permsélectives sous l’action d’un gradient de pression mettent en jeu des phénomènes complexes. Le but de cette présentation théorique est de permettre à l’utilisateur de comprendre le fonctionnement de chacun de ces techniques afin d’optimiser au mieux leur mise en œuvre.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre AIMAR : Laboratoire de génie chimique UMR CNRS/INP/UPS Université Paul Sabatier (Toulouse)
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Patrice BACCHIN : Laboratoire de génie chimique UMR CNRS/INP/UPS Université Paul Sabatier (Toulouse)
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Alain maurel : Consultant
INTRODUCTION
L'objectif de ce dossier [J 2789] est d'analyser les mécanismes de transfert mis en jeu lors des filtrations membranaires comme :
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l'osmose inverse OI ;
-
la nanofiltration NF ;
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l'ultrafiltration UF ;
-
la microfiltration MFT ;
afin que l'utilisateur soit capable de dégager les mécanismes de transfert les plus limitants vis-à-vis d'une application et d'appréhender l'influence des conditions opératoires sur le fonctionnement du procédé.
Après quelques généralités sont présentées les considérations théoriques nécessaires à l'analyse des mécanismes de transfert qui conditionnent le fonctionnement du procédé : la vitesse de filtration, l'accumulation de matière et la sélectivité. Ce dossier constitue un socle théorique sur lequel s'appuie le dossier [J 2 790v2] pour amener les outils théoriques nécessaires à la conception et à l'optimisation des procédés. De façon simplifiée, ce dossier présente la cause des phénomènes (les mécanismes de transfert mis en jeu) alors que le dossier [J 2 790v2] présente les conséquences de ces phénomènes sur l'efficacité du procédé (la perméabilité et la sélectivité).
Le système d'unité est le système international SI, exception faite pour des unités hors système encore employées couramment dans la profession, telles que L · h–1 · m–2 pour les débits spécifiques des membranes.
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Transfert de solvant et filtration
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1. Présentation générale
1.1 Définitions
Osmose inverse, nanofiltration, ultrafiltration, microfiltration tangentielle se définissent comme des procédés de séparation en phase liquide par perméation à travers des membranes permsélectives sous l'action d'un gradient de pression.
Rappelons qu'une membrane permsélective est une barrière qui permet certains transferts de matière entre deux milieux qu'elle sépare et qui en interdit d'autres ou, de façon moins restrictive, qui en favorise certains par rapport à d'autres.
Ces procédés utilisent des membranes dont les diamètres de pores diminuent progressivement quand on passe de la microfiltration à l'ultrafiltration, puis à la nanofiltration (figure 1). On parle alors de filtration membranaire.
Dans le cas de l'osmose inverse, la membrane utilisée n'est pas microporeuse mais dense c'est-à-dire qu'elle est sans porosité apparente et que sa sélectivité résulte d'un mécanisme de solubilisation-diffusion.
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Osmose inverse OI
L'osmose inverse utilise des membranes denses qui laissent passer le solvant (eau dans la plupart des cas) et arrêtent à peu près tous les solutés, y compris les sels. Cette technique est typiquement utilisée :
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pour la déminéralisation des eaux (dessalement de l'eau de mer et des eaux saumâtres, production d'eau ultrapure) ;
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pour la concentration de solutions (concentration de jus de fruits par exemple).
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Nanofiltration NF
Nanofiltration est le terme utilisé pour désigner une technique séparative à membranes permettant la rétention de composés ayant une taille en solution voisine de celle du nanomètre (soit 10 Å), d'où son nom. Elle se situe entre l'osmose inverse et l'ultrafiltration.
Les sels ionisés monovalents et les composés organiques non ionisés de masse molaire inférieure à environ 300 g/mol ne sont en général pas retenus par ce type de membrane. Au contraire, les sels ionisés multivalents (calcium, magnésium, aluminium, sulfates…) et les composés organiques non ionisés, de masse molaire supérieure à environ 300 g/mol sont fortement retenus.
Les mécanismes de transfert sont intermédiaires entre ceux de l'osmose inverse et ceux de l'ultrafiltration.
Les applications possibles sont nombreuses :
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MERTEN (U.) - Desalination by reverse osmosis. - MIT Press Cambridge (1966).
-
(2) - VILKER (V.L.), COLTON (C.K.), SMITH (K.A.), GREEN (D.L.) - The osmotic pressure of concentrated protein and lipoprotein solutions and its significance to ultrafiltration. - Journal of membrane science, 20, p. 63-77 (1984).
-
(3) - BONNET-GONNET (C.), BELLONI (L.), CABANE (B.) - Osmotic pressure of latex dispersions. - Langmuir, 10, p. 4012-4021 (1994).
-
(4) - ESPINASSE (B.) - Approche théorique et expérimentale de la filtration tangentielle de colloïdes : flux critique et colmatage. - Thèse de l'Université Paul Sabatier (2003).
-
(5) - THIJSSEN (H.A.C.) - Concentration processes for liquid foods containing volatile flavors and aromas. - J. Food Technol., 5, p. 211-229 (1970).
-
(6) - RAUTENBACH (R.), ALBRECHT (R.) - Membrane...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Ansys http://www.ansys.com
Fluent http://www.fluent.fr
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NF X 45-103 (12-97), Filtration des liquides. Membranes poreuses. Taux de rétention des membranes d'ultrafiltration et de nanofiltration
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