Caractérisation de membranes d'ultrafiltration par diffusion, microscopie et potentiel d'écoulement PDF Download
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Book Description
L'objectif de ce travail est le développement et l'application d'outils de caractérisation de membranes d'ultrafiltration en polyéthersulfone, polyfluorure de vinylidène, polyélectrolytes complexes, polycarbonate et acétate de cellulose de seuils de coupure allant de 3 à 100 kDa. Pour cela, des méthodes directes ou indirectes ont été développées. La première technique est la détermination du paramètre Aĸ/Δx qui représente le rapport entre la porosité surfacique d'une membrane et le chemin moyen parcouru par un petit soluté la traversant par diffusion. Les résultats obtenus permettent de suivre l'évolution de la porosité d'une membrane. De plus, la comparaison entre la diffusion d'un soluté hydrophile (formamide) et d'un soluté hydrophobe (1,4-benzoquinone) à travers une même membrane fait apparaitre une différence de comportement selon son caractère hydrophile ou hydrophobe. La deuxième technique développée dans ce travail concerne l'analyse d'images obtenues par microscopie électronique à balayage. Cette méthode permet, sur une image dont les pores sont disjoints, de déterminer la distribution de taille des pores ainsi que la porosité et la densité de pores. Ces deux techniques sont complétées par des mesures de perméabilité, de rétention de dextranes et des mesures de potentiel d'écoulement selon des méthodes déjà connues par ailleurs. Les valeurs de rayon de pore obtenues par l'analyse d'images concordent avec celles déduites des mesures de rétention de dextranes dans l'approximation de la loi de Ferry. L'application des différentes méthodes a permis de mettre en évidence l'effet destructeur des ultrasons à la fréquence de 47 kHz sur certains des matériaux étudiés. Des fibres creuses en acétate de cellulose ont également été testées dans le but de mesurer leur vieillissement suite à une procédure de vieillissement accélèré.
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L'objectif de ce travail est le développement et l'application d'outils de caractérisation de membranes d'ultrafiltration en polyéthersulfone, polyfluorure de vinylidène, polyélectrolytes complexes, polycarbonate et acétate de cellulose de seuils de coupure allant de 3 à 100 kDa. Pour cela, des méthodes directes ou indirectes ont été développées. La première technique est la détermination du paramètre Aĸ/Δx qui représente le rapport entre la porosité surfacique d'une membrane et le chemin moyen parcouru par un petit soluté la traversant par diffusion. Les résultats obtenus permettent de suivre l'évolution de la porosité d'une membrane. De plus, la comparaison entre la diffusion d'un soluté hydrophile (formamide) et d'un soluté hydrophobe (1,4-benzoquinone) à travers une même membrane fait apparaitre une différence de comportement selon son caractère hydrophile ou hydrophobe. La deuxième technique développée dans ce travail concerne l'analyse d'images obtenues par microscopie électronique à balayage. Cette méthode permet, sur une image dont les pores sont disjoints, de déterminer la distribution de taille des pores ainsi que la porosité et la densité de pores. Ces deux techniques sont complétées par des mesures de perméabilité, de rétention de dextranes et des mesures de potentiel d'écoulement selon des méthodes déjà connues par ailleurs. Les valeurs de rayon de pore obtenues par l'analyse d'images concordent avec celles déduites des mesures de rétention de dextranes dans l'approximation de la loi de Ferry. L'application des différentes méthodes a permis de mettre en évidence l'effet destructeur des ultrasons à la fréquence de 47 kHz sur certains des matériaux étudiés. Des fibres creuses en acétate de cellulose ont également été testées dans le but de mesurer leur vieillissement suite à une procédure de vieillissement accélèré.
Author: Morgane Le Hir Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La production et l'utilisation croissante des nanomatériaux et nanoparticules (NP) dans de nombreux secteurs d'activité conduisent inévitablement à un relargage de NP dans l'environnement et notamment dans les eaux, devenant ainsi une pollution émergente dans le schéma de la production d'eau potable. Les membranes d'ultrafiltration (UF) semblent présenter un réel potentiel de rétention envers les NP du fait de leur taille de pores proche de 20 nm. La filtration de NP fluorescentes de diamètre 100, 10 et 1,5 nm en suspensions, seules ou en mélange, a été étudiée. Les tailles des NP ainsi sélectionnées permettent de travailler avec des dimensions plus grande, plus petite et du même ordre de grandeur que la taille des pores. La considération de la concentration des flux de la filtration en nombre de NP a permis d'estimer le nombre de NP bloquées sur et/ou dans la membrane. Une méthodologie précise et fiable permettant la localisation de ces NP bloquées a été consolidée par une précision de mesure plus importante grâce à une caractérisation multi-échelle. Des profils de pénétration des NP fluorescentes dans la membrane ont été réalisés grâce à une imagerie au Microscope Confocal à Balayage Laser (MCBL). L'application des modèles de colmatage aux données expérimentales a montré une bonne adéquation avec la localisation microscopique des NP et les résultats expérimentaux obtenus. L'influence des conditions opératoires, de la présence de sel et/ou de la polydispersité de la suspension d'alimentation sur l'établissement et la localisation du colmatage a pu être déterminée, notamment grâce à la mise en place de plan d'expérience.
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LE MOYEN D'INVESTIGATION CHOISI POUR ETUDIER LES MECANISMES FONDAMENTAUX QUI INTERVIENNENT DANS LA SELECTIVITE DES MEMBRANES D'ULTRAFILTRATION ET POUR CALIBRER DES METHODES DE CARACTERISATION, EST LE SUIVI DE LA DIFFUSION DES SOLUTES (PROTEINES) A TRAVERS LE MILIEU POREUX. LA PREMIERE PARTIE DE L'ETUDE PORTE SUR L'EVOLUTION DU COEFFICIENT DE TRANSFERT DE MATIERE PAR DIFFUSION AVEC LE RAYON DE LA MOLECULE, LA FORCE IONIQUE ET LE PH DU MILIEU. ELLE CONFIRME L'EXISTENCE D'UNE EXCLUSION MIXTE, STERIQUE ET ELECTROSTATIQUE, DES PROTEINES PAR LES MEMBRANES LORS DE LA DIFFUSION AU TRAVERS DE CELLES-CI. L'ETUDE DES EFFETS DU PH ET DE LA FORCE IONIQUE MET EN EVIDENCE UNE INFLUENCE SIGNIFICATIVE DES INTERACTIONS ENTRE LES CHARGES DE SURFACE DES PORES ET CELLES DES PROTEINES. CES INTERACTIONS DEPENDENT DU POTENTIEL ZETA REGNANT A LA PAROI DU PORE. CELUI-CI EST DETERMINE PAR MESURE DE POTENTIEL D'ECOULEMENT SUR MEMBRANE PROPRE OU SOUMISE A L'ADSORPTION D'UNE PROTEINE. LES RESULTATS MONTRENT QUE LES CHARGES DE SURFACE DES PORES SONT INFLUENCEES PAR CELLES DES SOLUTES ADSORBES. L'ASPECT THEORIQUE EST ENSUITE ABORDE PAR LA RECHERCHE D'UNE MODELISATION DE L'EXCLUSION, TENANT COMPTE DE LA TAILLE RELATIVE DU SOLUTE PAR RAPPORT AU PORE AINSI QUE DES CHARGES PORTEES PAR CHACUN D'EUX. IL EST POSSIBLE A PARTIR DES CARACTERISTIQUES DE POROSITE DE LA MEMBRANE, DETERMINEES PAR LE BAIS DE TRACEURS, ET D'UNE LOI D'EXCLUSION MISE AU POINT AU COURS DE CE TRAVAIL, DE PREDIRE L'EXCLUSION D'UN SOLUTE DONNE AU TRAVERS DE LA MEMBRANE. DANS LA DERNIERE PARTIE, UNE CELLULE DE DIFFUSION EST CONCUE DANS LAQUELLE LA FORCE IONIQUE EST CONTROLEE PAR ELECTRODIALYSE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX OBTENUS A L'AIDE DE PROTEINES ET D'ANTIBIOTIQUES MONTRENT QUE L'APPLICATION PAR IMPULSIONS D'UN COURANT POSITIF OU NEGATIF PERMET D'AUGMENTER OU DE DIMINUER A VOLONTE LA TRANSMISSION DU SOLUTE ETUDIE A TRAVERS LA MEMBRANE POREUSE
Author: Zeman Publisher: Routledge ISBN: 1351431501 Category : Medical Languages : en Pages : 654
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Integrates knowledge on microfiltration and ultrification, membrane chemistry, and characterization methods with the engineering and economic aspects of device performance, device and module design, processes, and applications. The text provides a discussion of membrane fundamentals and an analytical framework for designing and developing new filtrations systems for a broad range of technologically important functions. It offers information on membrane liquid precursors, fractal and stochastic pore space analysis, novel and advanced module designs, and original process design calculations.
Author: Anthony R. Cooper Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 1461331625 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 691
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This book is a record of a symposium, "Ultrafiltration Membranes and Applications," which was held at the l78th National Meeting of the American Chemical Society in Washington, D.C., September 11-13, 1979. In organlzlng these sessions, I hoped to provide a comprehensive survey of the current state of ultrafiltration theory, the most recent advances in membrane technology, and a thorough treatment of existing applications and future directions for ultrafiltration. For me, the symposium was an outstanding success. It was a truly international forum with stimulating presentations and an enthusiastic audience. I hope that some of this spirit has spilled over into this volume, which is intended to reach a much wider audience. I am indebted to the Division of Colloid and Surface Chemistry of the American Chemical Society for their sponsorship. ANTHONY R. COOPER Palo Alto, California }larch, 1980 vii CONTENTS PART I. FUNDMfENTALS Fifteen Years of Ultrafiltration: Problems and Future Promises of an Adolescent Technology . . 1 Alan S. Michaels Production, Specification, and Some Transport Characteristics of Cellulose Acetate Ultrafil tration Membranes for Aqueous Feed Solutions 21 S. Sourirajan, Takeshi Matsuura Fu-Hung Hsieh and Gary R. Gildert Chemical and Morphological Effects of Solute Diffusion Through Block Copolymer Membranes 45 Yatin B. Thakore, Dien-Feng Shieh and Donald J. Lyman Practical Aspects in the Development of a Polymer Matrix for Ultrafiltration. 57 Israel Cabasso Permeability Parameters of a Novel Polyamide Membrane. ... - ...
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Le durcissement de la législation en terme du traitement et de la qualité de l’eau destinée à la consommation humaine a favorisé le développement des procédés membranaires. L’un des problèmes majeurs qui limitent l’expansion de ces techniques est le phénomène de colmatage et le manque d’outils de prédiction de son apparition en raison d’une insuffisance d’informations sur les matériaux membranaires. Dans le cadre de ce travail nous avons été amenés à caractériser des membranes de microfiltration et d’ultrafiltration, de configuration fibre creuse en polysulfone PS. La charge de ces membranes a été déterminée par des mesures du potentiel d’écoulement et un point isoélectrique de 2,4 ± 0,2 a été trouvé. Cet outil, potentiel d’écoulement couplé aux mesures de perméabilités hydrauliques, nous a permis d’intensifier les procédés de déconditionnement et de nettoyage chimique des membranes étudiées. D’autres outils analytiques supplémentaires (MEB, AFM, Pyrolyse GC/MS, COD, UV à 254 nm, LC-OCD) ont été utilisés pour confirmer les résultats obtenus. Un déconditionnement des membranes par nettoyage chimique au chlore plus rapide et économique a été mis en place. Nous avons montré également qu’un nettoyage à la soude à 0,1 N est plus efficace qu’un nettoyage au chlore (200 ppm) recommandé par le fabricant de ces membranes. L’étude des propriétés colmatantes d’une eau réelle et de solutions synthétiques d’acides humiques a montré que le diamètre des pores joue un rôle dans le phénomène de colmatage. Les membranes MF colmatent plus que les membranes d’UF.
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Afin d’améliorer la compréhension des effets des coagulants sur les performances des membranes organiques d'ultrafiltration employées dans la production d’eau potable, une caractérisation structurale complète (surface et volume) de l’échelle microscopique à l’échelle macroscopique des membranes (neuves, après filtration de coagulant et après lavage chimique) est utilisée. En premier lieu, les propriétés structurales des membranes planes neuves PES ont été déterminées en fonction du seuil de coupure. Les caractéristiques de surface (taille de pore et taux de remplissage) déterminées par le MEB et les caractéristiques en volume déterminées par l’ellipsométrie de speckle ont montré une évolution croissante avec le seuil de coupure. L’utilisation du LB et de l’AFM avec différentes fenêtres d’observation a montré que la détermination de la rugosité d'une membrane est bien fonction de l'échelle d’observation. L’AFM a permis de différencier les membranes selon leur seuil de coupure mais aussi selon les méthodes de fabrication. En second lieu, l’impact de la nature des coagulants en polychlorosulfate d'aluminium (PAX-XL 7A et Aqualenc F1) sur les propriétés structurales des membranes en PES 100 kDa a été abordé. L'utilisation du modèle d’Hermia et les analyses multi-échelle de la rugosité de surface ont montré que la filtration de suspensions de cogulants de PAX-XL 7A ou Aqualenc F1 produit un dépôt à la surface dû à l’adsorption et/ou la précipitation des produits d’hydrolyse de coagulants, provoquant une modification importante de la morphologie de surface de la membrane. Cette modification structurale est aussi révélée par des mesures du speckle de l’onde diffusée. Des analyses MEB et AFM ont révélé un changement de l’état de surface de la membrane lavées après colmatage. L’extension des techniques de caractérisation structurale, en particulier l'AFM, à l'étude des fibres creuses en AC et PVDF et leur vieillissement a montré une voie d’exploitation très intéressante.
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L'APPLICATION DE METHODES TRANSITOIRES A L'ETUDE DES MEMBRANES D'ULTRAFILTRATIONS CHARGEES PERMET DE MESURER IN SITU DES CARACTERISTIQUES ELECTROCHIMIQUES. LA DETERMINATION DE LA DISTRIBUTION DE TEMPS DE SEJOUR (DTS) EST APPLIQUEE D'ABORD A LA MESURE DES CARACTERISTIQUES HYDRODYNAMIQUES DU CIRCUIT PERMEAT. UN ECHELON DE CONCENTRATION D'UN TRACEUR PERMET, EN PARTICULIER, LA MESURE DU VOLUME POREUX DE LA MEMBRANE QUI PARTICIPE A L'ECOULEMENT. CETTE MESURE, EFFECTUEE DANS UNE BOUCLE CLASSIQUE D'ULTRAFILTRATION, EST SUSCEPTIBLE DE DONNER DES INDICATIONS SUR LE COLMATAGE DES MEMBRANES, CELUI-CI POUVANT AFFECTER LA POROSITE OU ETRE SOUS FORME DE GATEAU. LA MESURE DU NOMBRE DE SITES ACIDES OU BASIQUES A ETE FAITE DE LA MEME FACON PAR DTS AVEC CETTE FOIS UN ECHELON DE PH. CETTE TECHNIQUE PERMET DE SUIVRE L'EVOLUTION D'UNE MEMBRANE LORS DE DIVERS TRAITEMENTS OU D'INTERACTION AVEC UN SOLUTE. D'AUTRE PART, LA DETERMINATION DU POINT ISOELECTRIQUE PAR LA MESURE DU POTENTIEL D'ECOULEMENT MET EN EVIDENCE, DANS LE CAS DE MEMBRANES AMPHOTERES L'INTERACTION ENTRE LA SURFACE ET UN SOLUTE
Author: Mohammed Sbaï Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 196
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L'état de charge d'une membrane poreuse peut avoir une influence considérable sur ses performances de filtration. La caractérisation des propriétés électriques de surface desmembranes de filtration constitue donc une étape primordiale pour comprendre et contrôler leur sélectivité. Dans ce travail, les propriétés électriques de membranes d'ultrafiltration (UF) on été étudiées. Quatre méthodes dites transmembranaires - potentiel de membrane, conductivité de pores, potentiel d'écoulement et effet électro-visqueux- ont été utilisées. L'interprétation des données en terme de potentiel zêta a été réalisée à l'aide d'un modèle de charge d'espace. La structure multicouche ainsi que le caractère sélectif de la couche active d'une membrane de basse UF rendent difficile l'interprétation des données expérimentales fournies par les techniques de caractérisation transmembranaires. Afin d'éviter ces difficultés, une méthode de potentiel d'écoulement tangentiel (TSP) a été utilisée. La conversion des données de TSP en potentiel zêta est généralement effectuée à l'aide de l'équation d'Helmholtz-Smoluchowski (ou d'une équation similaire tenant compte de la conductance de surface). Il a été montré dans cette étude que cette procédure est incorrecte dans le cas de membranes poreuses car elle néglige le phénomène de conduction dans le corps poreux de la membrane. Ce phénomène supplémentaire a été introduit dans la théorie de l'électrocinétique afin de permettre le calcul de la vraie valeur du potentiel zêta. une nouvelle installation électrocinétique a également été développée afin de déterminer le potentiel zêta de membranes tubulaires à partir de mesures de TSP et de résistance électrique.
Author: Isabelle Masselin
Author: Isabelle Masselin
Author: Morgane Le Hir
Author: Christel Causserand
Author: Zeman
Author: 
Author: Anthony R. Cooper
Author: Karima Kecili
Author: Rahma Tamime
Author: PINGGAO.. DING
Author: Mohammed Sbaï