Embedded Files
Procédés de séparation membranaire assistés par ultrasons et caractérisation par SAXS
Procédés de séparation membranaire assistés par ultrasons et caractérisation par SAXS
Dans le but d’améliorer les performances du procédé de séparation membranaire et réduire les phénomènes limitants de colmatage, une innovation récente a été apportée par le développement de cellules d’ultrafiltration (Fig. 1, 2) permettant d’imposer simultanément des ondes ultrasonores directement aux fluides filtrés.
Grâce à l’observation locale par SAXS, nous avons pu montrer que les ondes ultrasonores empêchent l’agrégation des particules au voisinage des membranes (de 20 μm à 400 μm) et entraîne une augmentation élevée des rendements, avec des gains en flux de perméation d'un facteur 2 à 15 suivant les colloïdes traités. Deux mécanismes principaux ont été mis en évidence : soit un mécanisme d’érosion des couches concentrées pour des colloïdes assemblés en structures ouvertes (Fig. 3,4a), soit un mécanisme d’intensification de la diffusion de l’eau au travers du réseau poreux grâce à l’agitation locale induite par les ultrasons pour des structurations plus denses des dépôts (Fig. 4b).
Références
Hengl N., Jin Y., Pignon F., Baup S., Mollard R., Gondrexon N., Magnin A., Michot L.J., Paineau E. "A new way to apply ultrasound in cross-flow ultrafiltration: application to colloidal suspensions", Ultrasonics Sonochemistry, 21 (3), 1018-1025 (2014). https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2013.11.008
Jin Y., Hengl N., Baup S., Pignon F., Gondrexon N., Magnin A., Sztucki M., Narayanan T., Michot L.J. and Cabane B. " Effects of ultrasound on colloidal organization at nanometer length scale during cross-flow ultrafiltration probed by in- situ SAXS", Journal of Membrane Science, 453, 624-635 (2014). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.12.001
Jin Y., Hengl N., Baup S., Pignon F., Gondrexon N., Sztucki M., Gésan-Guiziou G., Magnin A., Abyan M., Karrouch M., Blésès D. "Effects of ultrasound on cross-flow ultrafiltration of skim milk: characterization from macro-scale to nano-scale, Journal of Membrane Science, 470, 205-218 (2014). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2014.07.043
Jin Y., Hengl N., Baup S., Pignon F., Gondrexon N., Sztucki M., Romdhane A., Guillet A., Aurousseau M., "Ultrasonic assisted cross-flow ultrafiltration of starch and cellulose nanocrystals suspensions: Characterization at multi-scales", Carbohydrate Polymers, 124, 66-76 (2015). https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.01.073
Gondrexon N., Cheze L., Jin Y., Legay M., Tissot Q., Hengl N., Baup S., Boldo P., PignonF., Talansier E. "Intensification of heat and mass transfer by ultrasound: Application to heat exchangers and membrane separation processes", Ultrasonics Sonochemistry, 25, 40–50 (2015). https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2014.08.010
Fig. 1 : Schéma de l'accumulation des particules colloïdales au voisinage d'une membrane et des différentes forces en présence, lors de la filtration tangentielle assistée par ultrasons.
Fig. 2 : Cellule d’ultrafiltration tangentielle assisté par ultrasons permettant la caractérisation par diffusion de rayons X aux petits angles (SAXS).
Fig. 3 : Effets temporel et spatial des ultrasons sur la structure et l'accumulation de particules de Laponite lors de l'ultrafiltration tangentielle. Relations entre le flux de perméation et le profil de concentration des particules accumulées près de la membrane.
Fig. 4 : Effet des ultrasons sur les flux de perméation au cours du temps et les profils de fraction volumique en fonction de la distance z à la membrane, déduit des spectres de diffusion SAXS au cours de l’ultrafiltration tangentielle des dispersions a) de micelles de caséines et b) de nanocristaux de cellulose.
Google Sites
Report abuse