Procédés Membranaires et Physico-Chimie
Afin d’installer les procédés à membranes comme procédés durables (propres, surs et sobres), les études visent à renforcer les performances : sélectivité et flux, en combattant le colmatage et en maîtrisant le nettoyage qui sont des freins identifiés à l’utilisation des membranes en filtration tangentielle (ultrafiltration, nanofiltration et osmose inverse).
Les mécanismes de transfert et la modélisation utilisent une équation de Nernst-Planck étendue où la contribution des effets de répulsion électrostatique et les phénomènes d’hydratation des ions sont pris en compte selon les milieux traités. L’originalité de la démarche réside dans la combinaison hydrodynamique / physico-chimie. La caractérisation expérimentale (charge électrique, balance polaire / apolaire....) des membranes en cours de fonctionnement et des milieux complexes, permet de proposer un mécanisme de séparation. La rétention sélective de protéines, de métaux lourds comme le Cr (III) ou de tensioactifs en sont des exemples. La compréhension/modélisation de l’écoulement des fluides dans des modules de filtration tangentielle (plan, spirale...) en utilisant des codes de calcul demeure un objectif fondamental à moyen terme pour limiter le colmatage.
La caractérisation physico-chimique de la surface des membranes et l’identification/quantification des agents colmatants résiduels par des techniques analytiques fines à différentes échelles (microanalyse X, MEB, FTIR-ATR, tensiométrie et angles de contact....) permettent de mesurer le rôle des paramètres hydrodynamiques sur la cinétique et l’efficacité du nettoyage de membranes colmatées en milieux complexes.
Des membranes biodégradables et sélectives sont développées. Des caséinates et des polymères d'origine naturelle sont modifiés et formulés pour servir de matériaux à propriétés fonctionnelles ciblées : perméabilité (barrière) sélective aux gaz, résistance en milieux aqueux, salin...
L’intégration et l’étude de la sélectivité de la nanofiltration pour une production durable en milieux extrêmes (acides concentrés) ou non aqueux (solvants organiques conventionnels ou verts) constituent un autre objectif : nanofiltration de H3PO4 pour l’élimination sélective d’ions métalliques contaminants, recyclage par NF de catalyseurs organométalliques en phase homogène. La séparation par membrane sans changement d’état éviterait une inactivation du catalyseur lors de son extraction du milieu organique réactionnel.