Préparation et caractérisation de membranes composites

Préparation et caractérisation de membranes
composites : structuration de dépôt de multicouches pour
des applications séparation membranaire
a,b
XU ,
Jie
Haifa BEN
a
SOLTANE ,
Gérard
b
HENRION ,
Denis
Halima
Vincent
aLaboratoire Réactions et Génie des Procédés (UMR 7274)
bInstitut Jean Lamour (UMR 7198)
cInstitut de Science des Matériaux de Mulhouse (LRC 7228)
Contexte socio-économique
a
ROIZARD ,
b
ALEM ,
c
ROUCOULES
Fonctionalisation et caractérisation des membranes de PDMS :
Le procédé de nanofiltration permet de séparer des composants
d’un mélange de liquides (solutions aqueuse ou organique) par
passage à travers une membrane sous l’effet d’une différence de
pression. L’un des verrous actuels de ce procédé tient au peu de
disponibilité commerciale de ces membranes. Une 1ère voie serait
de synthétiser de nouveaux matériaux, mais le temps et les coûts
impliqués incitent à rechercher des alternatives.
Nous avons choisi une approche en rupture axée sur la modification
contrôlée de la surface de membranes commerciales permettant de
moduler les propriétés de transport et de séparation.
10µm
10µm
10µm
10µm
Axes Matériaux / Procédés
Enjeux scientifiques et technologiques
Réaliser des séparations à l’échelle moléculaire par les méthodes
conventionnelles (absorption, distillation, …) est souvent très
énergivore, par exemple pour le captage du CO2 ou la récupération
de solutés dilués.
Les séparations membranaires offrent une alternative intéressante
pour autant que l’on dispose des membranes de performances
stables. Dans ce travail utilisé des membranes commerciales
modifiées par un procédé alliant le traitement plasma et le dépôt de
multicouches.
Modification du PDMS activé par un assemblage LbL
a
b
c
d
Résultats
Le flux transmembranaire (EtOH) est bien fonction de la
modification:
 Ex: le flux est divisé par 5 après 2 couches déposées.
=> Changement effectif de la nature chimique de la surface PDMS
=> modification des affinités
=> modification des propriétés de diffusion
Taux de rétention (Tr) :
Modification significative de Tr du Sudan Blue II :
PDMS référence : Tr = -9 et PDMS+PEL: Tr ≈ de -6 à -4,5
50 µm
50 µm
Flux transmembranaire
vs Pression
50 µm
50 µm
Image MEB environnemental
de (a) surface de la
membrane PDMS vierge, (b)
avec 2 bicouches de
PSS/PDADMAC, (c) 5
bicouches de
PSS/PDADMAC, (d) avec10
bicouches de
PSS/PDADMAC
 dès le 2ème cycle
 renforcement de l’effet
après après 7 cycles.
Bilan – Perspectives de développement
Approche méthodologique
L’objectif de ce travail était de réaliser un dépôt nanométrique sur
une membrane de référence et d’évaluer son effet sur les
propriétés de transfert de matière et de sélectivité de la membrane
selon les tâches :
• activation par plasma froid de la membrane de référence pour
favoriser l’homogénéité du dépôt
• formation un dépôt de PEL modèles (PSS/PDADMAC :
poly(styrène sulfonate)/ Polydiallyldimethylammonium chloride)
• caractérisation des membranes et tests de nanofiltration de
solutions de Sudan Blue II dans l’éthanol.
Ce 1er travail montre qu’une méthode simple et rapide permet
effectivement de moduler les propriétés de transport du PDMS, ce
qui est très intéressant d’un point de vue applicatif.
Le développement de cette méthode devrait permettre d’obtenir des
membranes composites de propriétés contrôlés :
- Modulation de la perméabilité
- Meilleure résistance chimique avec des PEL, insolubles dans
tous les solvants organiques.
La compréhension fine de la modification transfert de matière induite
par le dépôt PEL suppose des études complémentaires pour
orienter la sélectivité des la séparations.
Ateliers Scientifiques - 27 mai 2014