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Dokumentenidentifikation EP0288380 31.03.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0288380
Titel Semipermeable, organo-mineralische Membran und Verfahren zu deren Herstellung.
Anmelder Commissariat à l'Energie Atomique, Paris, FR
Erfinder Berardo, Michel, F-30150 Roquemaure, FR;
Darnez, Charles, F-33200 Bordeaux Cauderan, FR;
Martinet, Jean-Marie, F-26200 Montelimar, FR;
Roche, Gilbert, F-07700 Bourg Saint Andeol, FR
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 3887918
Vertragsstaaten BE, DE, ES, GB, IT, NL
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 20.04.1988
EP-Aktenzeichen 884009580
EP-Offenlegungsdatum 26.10.1988
EP date of grant 23.02.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.03.1994
IPC-Hauptklasse B01D 71/34
IPC-Nebenklasse B01D 69/10   B01D 71/02   B01D 69/12   

Beschreibung[fr]

L'invention a pour objet la réalisation de membranes semi-perméables et sélectives, utilisables notamment en osmose inverse.

Les membranes des installations d'osmose inverse doivent non seulement être perméables et sélectives, mais aussi présenter une grande robustesse vis-à-vis des contraintes mécaniques, thermiques et chimiques auxquelles elles sont soumises au cours de leur utilisation.

De plus, la plupart des procédés de séparation par osmose inverse exigent l'emploi de membranes de très faible épaisseur pour obtenir une perméabilité élevée, qui soient, par ailleurs, capables de résister aux hautes pressions auxquelles elles sont soumises, particulièrement dans le cas du traitement de solutions fortement concentrées.

Jusqu'à présent les membranes d'osmose inverse étaient généralement réalisées en matériau organique, par exemple en polyméthacrylate de méthyle comme il est décrit dans le brevet américain US-A-4 439 322. Cependant, l'utilisation de membranes organiques est limitée à des procédés d'osmose inverse ne nécessitant pas de traitements à température élevée ou en milieu agressif, comme c'est le cas par exemple pour la stérilisation à la vapeur des circuits d'osmose inverse destinés aux industries agro-alimentaires.

L'invention a précisément pour objet des membranes semi-perméables qui présentent de bonnes caractéristiques de perméabilité et de porosité tout en ayant une grande résistance mécanique et une bonne stabilité à des températures supérieures à 100°C.

Ces objectifs sont atteints selon l'invention en utilisant une membrane semi-perméable organominérale qui comprend un support poreux en matériau inorganique revêtu d'une couche organique semi-perméable dense à base de polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène comportant des groupements fonctionnels conférant à la membrane une perméabilité sélective à l'eau ou à d'autres solvants.

Le polymère utilisé dans l'invention est un homopolymère de fluorure de vinylidène ou un copolymère de fluorure de vinylidène ; dans ce dernier cas, le copolymère contient généralement au moins 95% de fluorure de vinylidène.

On peut toutefois utiliser aussi dans l'invention des copolymères de fluorure de vinylidène comportant moins de 95% de fluorure de vinylidène.

Dans la structure de la membrane organominérale de l'invention, le support poreux en matériau inorganique qui présente généralement une dimension moyenne de pores de 0,1 à 20 µm, de préférence de 0,2 à 10 µm, confère à la membrane une grande résistance mécanique, ce qui permet d'utiliser une couche semi-perméable organique dense de très faible épaisseur ayant ainsi une perméabilité élevée.

Avantageusement, l'épaisseur de la couche organique est de 0,01 à 1 µm.

Le support poreux en matériau inorganique peut être réalisé en différents matériaux, par exemple en oxyde tel que l'alumine, en métal tel que le nickel, en carbure de silicium ou en carbone. Il peut se présenter sous la forme d'une plaque, d'un tube, d'un élément modulaire percé de canaux ou sous toute autre forme appropriée à l'utilisation à laquelle il est destiné.

Bien que de tels supports poreux homogènes soient satisfaisants, on préfère généralement utiliser un support poreux composite pour obtenir les caractéristiques mécaniques souhaitées, notamment une résistance aux contraintes supérieures à 10 MPa, et pouvoir lui associer une couche organique de très faible épaisseur. Dans ce cas, le support poreux en matériau inorganique comprend un substrat macroporeux en matériau inorganique revêtu d'une couche microporeuse en matériau inorganique. Ceci permet d'obtenir sur la surface du support poreux qui sera recouverte de la couche organique, des pores de dimensions très faibles, ayant par exemple un rayon moyen de pores inférieur à 10 nm ; ainsi, on améliore l'adhérence et la résistance mécanique de la couche organique déposée sur le support poreux.

Dans cette réalisation préférée du support poreux, le substrat macroporeux peut être en matériau inorganique choisi dans le groupe comprenant les oxydes métalliques tels que l'alumine, les métaux, les carbures métalliques, le carbure de silicium et le carbone, et la couche microporeuse peut être réalisée en oxyde ou hydroxyde métallique, simple ou mixte. Généralement ces oxydes ou hydroxydes sont formés à partir de métaux tels que l'aluminium, le zirconium, le titane et le silicium. A titre d'exemple, on peut utiliser l'alumine ou les spinelles d'aluminium.

Dans la membrane organominérale de l'invention, on améliore les propriétés de la couche organique à base de polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène en utilisant un polymère ou copolymère portant des groupements fonctionnels. Ceci peut être obtenu en réalisant la membrane avec un polymère ou copolymère comportant des chaînes macromoléculaires greffées portant des groupements fonctionnels conférant à la membrane une perméabilité sélective à l'eau ou à d'autres solvants, par exemple des groupements fonctionnels hydrophiles pour la rendre perméable à l'eau.

Ces chaînes macromoléculaires peuvent être réalisées par greffage de monomères éthyléniquement insaturés comportant des groupes fonctionnels. On peut aussi fonctionnaliser les chaînes macromoléculaires après greffage en fixant sur celles-ci des groupements fonctionnels, par exemple des groupements sulfoniques, pour rendre la couche organique hydrophile.

On peut aussi réaliser selon l'invention une membrane organominérale comportant des groupements fonctionnels sans utiliser un polymère ou copolymère greffé. Dans ce cas, la couche organique est constituée d'un copolymère de fluorure de vinilydène comportant des groupements fonctionnels conférant à la membrane une perméabilité sélective à l'eau ou à d'autres solvants, par exemple un copolymère de fluorure de vinylidène et d'un monomère comportant de tels groupements.

Le copolymère comportant ces groupements fonctionnels peut être obtenu directement en choisissant pour la réalisation du copolymère un monomère comportant des groupements fonctionnels, par exemple un monomère hydrophile comme l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'hydroxyéthyl acrylate de méthyle et l'acide vinyl benzénique. On peut aussi préparer d'abord un copolymère de fluorure de vinylidène et d'un monomère capable d'être fonctionnalisé puis introduire ensuite les groupements fonctionnels sur le copolymère, par exemple copolymériser du fluorure de vinylidène et du styrène et soumettre ensuite le copolymère obtenu à un traitement de chlorosulfonation.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une membrane organominérale présentant les caractéristiques précitées.

Ce procédé consiste à mettre en contact l'une des faces d'un support poreux en matériau inorganique avec une solution ou une suspension d'un polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène pour déposer sur cette face du support poreux une couche de la solution ou de la suspension, à sécher la couche de solution ou de suspension ainsi déposée pour former sur cette face du support poreux une couche organique à base de polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène, à greffer sur la couche organique de polymère ou copolymère au moins un monomère comportant au moins une fonction éthyléniquement insaturée et soumettre ensuite la couche organique de polymère greffé à un traitement de fonctionnalisation pour introduire sur les chaînes greffées des groupements fonctionnels conférant à la couche une perméabilité sélective à l'eau ou à d'autres solvants.

Comme on l'a vu précédemment, le support poreux est avantageusement constitué par un substrat poreux revêtu d'une couche inorganique microporeuse afin de faciliter le dépôt d'une couche de polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène d'épaisseur très faible. Ce support poreux composite peut être réalisé par des procédés classiques. Ainsi, lorsque la couche microporeuse est en oxyde métallique simple ou mixte, par exemple en alumine ou en spinelle d'aluminium, on peut déposer cette couche microporeuse sur un support macroporeux inorganique en utilisant les procédés décrits dans les brevets français FR-A-2 550 953, FR-A-2 575 495 et FR-A-2 575 396. Ces procédés permettent en particulier de déposer des couches microporeuses céramiques très perméables, de faible épaisseur, par exemple d'épaisseur inférieure à 1 µm, qui comportent des pores réguliers et bien répartis dont le rayon moyen de pores peut atteindre le niveau de 2 nm. L'utilisation d'une telle texture sur la face du support poreux qui sera revêtu de la couche de polymère halogénocarboné permet ainsi de réaliser des revêtements organiques extrêmement minces, par exemple d'épaisseur inférieure à 0,1 µm, qui sont mécaniquement très résistants aux contraintes de pression couramment appliquées dans les procédés de séparation par osmose inverse.

En effet, la contrainte que subit une pellicule organique fixée à l'orifice d'un pore varie sensiblement comme le rapport du rayon de ce pore à l'épaisseur du film. On ne peut donc diminuer l'épaisseur du film sans accroître la contrainte mécanique qu'il subit, sauf si l'on abaisse en même temps et dans la même proportion la dimension des pores sous-jacents. C'est pourquoi, dans l'invention, l'utilisation d'une couche microporeuse inorganique ayant les caractéristiques définies ci-dessus, en particulier un rayon de pores moyen de moins de 10 nm, permet de diminuer, sans risque de ruptures, l'épaiseur de la couche organique en polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène au niveau de quelques centièmes de micromètres et d'accroîre par conséquent de façon importante sa perméabilité.

En effet, des films commerciaux en polyfluorure de vinylidène ayant une épaisseur de 25 à 50 µm qui ont été fonctionnalisés par radiogreffage, ont une permabilité ne dépassant pas 10-20 l/j.m² alors que des couches fonctionnalisées conformes à l'invention ont des perméabilités bien supérieures, dépassant 100-200 l/j.m².

Une couche aussi mince de bonne qualité est difficile à déposer sur un substrat macroporeux à cause de sa rugosité trop élevée, car il y a risque de défauts locaux. En revanche, lorsque le substrat macroporeux est revêtu d'une couche microporeuse inorganique ayant les caractéristiques définies ci-dessus, c'est-à-dire une rugosité de surface très faible, on peut éviter ces risques de défauts.

Comme on l'a vu précédemment, cette sous-couche doit avoir un rayon de pore moyen très faible afin de mieux supporter la couche mince et de lui permettre de résister aux contraintes de pression intervenant dans un procédé d'osmose inverse.

Le dépôt d'un film organique à partir d'une solution de polymère s'accompagne nécessairement d'une pénétration de la solution, - donc du polymère - au sein de la porosité de cette sous-couche minérale microporeuse en raison des forces capillaires (dont les effets sont accrus dans le cas de micropores : loi de Jurin).

Cependant, une pénétration de polymère dans cette microporosité est néfaste : elle réduit la perméabilité et, de plus, au moment de l'hydratation de la membrane, le passage de l'eau dans la matrice polymère s'accompagne d'un gonflement qui peut provoquer des éclatements locaux de l'apprêt microporeux, donc une dégradation de la membrane.

Il est donc souhaitable de neutraliser l'action capillaire de la miroporosité de la sous-couche pour éviter toute pénétration de polymères dans les pores et cela peut être réalisé en bouchant, temporairement ces pores par un produit soluble éliminable, une fois achevée la préparation de la membrane organominérale.

C'est grâce à l'ensemble de ces dispositions (dépôt d'une sous-couche minérale microporeuse rigide, neutralisation temporaire de sa porosité) que le film organique déposé peut avoir une épaisseur extrêmement faible (d'où une perméabilité élevée), tout en conservant une grande résistance mécanique indispensable en osmose inverse et une qualité satisfaisante (absence de défauts).

Une faible épaisseur est en outre avantageuse car elle permet d'atténuer les effets de la "compaction" du film sous l'influence de la pression (un film mince se comprime moins qu'un film épais) donc de maintenir des performances plus stables au cours du temps.

Selon l'invention, la mise en contact du support poreux avec la solution ou la suspension de polymère ou copolymère peut être effectuée par tout moyen classique. On peut en particulier utiliser la technique d'engobage qui, dans le cas d'un support poreux tubulaire, peut consister à mettre en communication l'intérieur du support poreux tubulaire avec un bac contenant la suspension ou la solution de polymère halogénocarboné ; le bac est muni d'une membrane déformable qui permet sous l'influence de la pression d'un fluide, d'engendrer des variations de volume à l'intérieur du bac, ce qui provoque la montée ou la descente de la solution ou de la suspension à l'intérieur du support poreux tubulaire.

Le liquide utilisé comme milieu liquide de la solution ou de la suspension est choisi de façon à obtenir une couche organique semi-perméable qui ne pénètre que très peu dans les pores du support poreux inorganique. En effet, les propriétés rhéologiques et superficielles de la suspension ou de la solution conditionnent l'attraction capillaire du liquide par les pores ouverts du support poreux, et ce phénomène est à l'origine de la formation de la couche. Cependant, l'une des difficultés rencontrées lorsque l'on réalise un tel dépôt sur un support poreux, réside dans la possibilité de faire pénétrer le polymère ou copolymère dans la porosité interne du support poreux inorganique, ce qui est préjudiciable à la perméabilité de la membrane.

Pour réduire cette pénétration dans le support poreux, on peut modifier convenablement la mouillabilité des parois des pores du support poreux inorganique, par exemple par imprégnation préalable de ce support poreux à l'aide d'un agent tensioactif. On peut aussi limiter l'attraction capillaire des pores du support poreux inorganique sur le liquide de la solution ou de la suspension en diminuant temporairement le volume poreux accessible du support poreux par introduction d'une quantité contrôlée d'un solvant approprié tel que le diméthylformamide ou l'eau. Cette méthode permet également de limiter l'épaisseur de la couche de polymère halogénocarboné à une valeur très faible qui peut être inférieure au 1/10 de µm.

Selon une variante, pour éviter cette pénétration de la couche de polymère dans les pores du support poreux inorganique, on commence par boucher la porosité superficielle du support poreux inorganique avec un produit qui pourra être éliminé ensuite par dissolution dans un solvant approprié, après dépôt et séchage de la couche de polymère. Ce produit peut être en particulier un sel minéral hydrosoluble, par exemple le chlorure de sodium.

Après dépôt sur le support poreux de la couche de solution ou de suspension de polymère ou copolymère, on soumet celle-ci à un séchage qui peut être réalisé à la température ambiante et complété par un traitement thermique effectué à une température inférieure à la température de ramollissement du polymère. Généralement, dans le cas du polyfluorure de vinylidène, les températures utilisées pour ce traitement thermique se situent dans la gamme allant de 100 à 150°C et la durée de ce traitement peut aller de 30 min. à 1 h.

Lorsque la couche organique est constituée de polymère ou copolymère modifié par greffage, le greffage peut être réalisé soit avant le dépôt de la couche organique, soit après le dépôt de la couche organique de polymère ou copolymère. De préférence, le greffage est réalisé par voie radiochimique au moyen de rayonnements ionisants et les monomères utilisés sont des monomères comportant au moins une fonction éthyléniquement insaturée.

Les rayonnements ionisants susceptibles d'être utilisés sont les rayonnements ultraviolets, les rayonnements bêta, les rayonnements gamma, les faisceaux d'électrons accélérés et les rayons X. Généralement, on emploie les rayonnements gamma provenant d'une source de cobalt 60 et des doses de rayonnements situées dans la gamme allant de 50 Krad à 5Mrad.

Les monomères utilisés sont choisis de préférence dans le groupe comprenant l'acrylamide, l'acrylamine, le styrène, le divinylbenzène, les vinylpyridines, la N-vinylpyrrolidone, la N-vinylcaprolactone, des acides insaturés tels que l'acide vinylacétique, l'acide vinylsulfonique et l'acide acrylique, les esters d'acides insaturés, les éthers allyliques comme l'allylglycidyl éther, et leurs dérivés.

Lorsque l'on effectue le greffage par voie radiochimique après dépôt de la couche organique, on peut réaliser celui-ci en soumettant le support revêtu de la couche de polymère ou copolymère à une irradiation au moyen de rayonnements ionisants, et en mettant en contact la couche organique ainsi irradiée avec les monomères à greffer, soit pendant, soit après l'irradiation.

Pour répondre à des contraintes particulières, d'ordre technologique par exemple, le greffage peut être limité à certaines zones en interposant, durant la phase d'irradiation, des écrans absorbants (en plomb par exemple) de forme et d'épaisseur appropriées sur les parties à réserver.

L'irradiation préalable de la couche organique a pour effet de créer des sites réactifs au sein de la matrice du polymère déposé. Lorsqu'on met ensuite cette couche irradiée en contact avec les monomères à greffer à l'état pur ou en solution dans un solvant, par exemple en immergeant la couche organique irradiée dans une solution des monomères dans un solvant organique ou un mélange de solvants organiques appropriés, on obtient un greffage des monomères sur les sites réactifs de la matrice polymère.

On peut greffer simultanément plusieurs monomères différents ou greffer successivement plusieurs monomères différents. On peut aussi utiliser comme monomères de greffage des monomères comportant plusieurs fonctions éthyléniquement insaturées, ce qui permet d'assurer une réticulation partielle de la couche de polyfluorure de vinylidène.

On peut aussi réaliser le greffage en déposant sur le support poreux inorganique une couche de solution ou de suspension de polymère ou copolymère contenant les monomères à greffer et en soumettant ensuite la couche ainsi déposée à une irradiation au moyen de rayonnements ionisants pour greffer les monomères sur le polymère et provoquer simultanément une réticulation partielle de la couche, ce qui confère au film une bonne résistance mécanique.

Dans certains cas, après greffage des monomères sur la couche de polymère, on modifie celle-ci par un traitement de fonctionnalisation approprié permettant de fixer sur les monomères greffés des groupements fonctionnels, par exemple des groupements sulfoniques qui confèrent à la membrane organominérale la perméabilité souhaitée, par exemple la perméabilité à l'eau.

Lorsque le monomère de greffage est du styrène, ce traitement peut consister en une chlorosulfonation, celle-ci peut être réalisée en faisant réagir les motifs styrène fixés sur la matrice polymère avec de l'acide chlorosulfonique ou un complexe organique du trioxyde de soufre, après gonflement préalable de la couche de polymère greffé dans un solvant comme le tétrachlorure de carbone ou le dichlorométhane.

On peut aussi obtenir une couche de polymère ou copolymère greffé comportant des groupements fonctionnels appropriés, sans effectuer ce traitement complémentaire, en choisissant pour l'opération de greffage des monomères comportant les groupements fonctionnels appropriés, par exemple sulfonique, carboxylique, amine ou amide.

Selon l'invention, on peut encore réaliser le greffage et la fonctionnalisation du polymère ou copolymère avant le dépôt de la couche sur le support poreux. Dans ce cas, on modifie tout d'abord le polymère ou copolymère par greffage de monomères appropriés, suivi éventuellement d'une fonctionnalisation des chaînes greffées, puis on met en solution ou en suspension dans un solvant approprié le polymère ainsi modifié et on réalise ensuite comme précédemment à partir de cette solution ou de cette suspension le dépôt sur le support poreux puis le séchage de la couche organique de polymère ainsi modifié.

Dans ce dernier mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on peut obtenir directement la fonctionnalisation lors du greffage, en choisissant des monomères comportant les groupements fonctionnels appropriés, comme c'est le cas par exemple de l'acide acrylique et de l'hydroxyéthyl acrylate de méthyle.

On peut aussi obtenir cette fonctionnalisation en deux étapes, en greffant un monomère capable d'être fonctionnalisé et en soumettant ensuite le polymère greffé à un traitement de fonctionnalisation.

Comme précédemment, le greffage peut être réalisé par voie radiochimique en utilisant des monomères à insaturation éthylénique tels que ceux mentionnés précédemment.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture des exemples suivants donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif.

EXEMPLE 1 : Préparation d'une membrane organominérale en alumine recouverte d'une couche de polyfluorure de vinylidène greffé par du styrène chlorosulfoné.

On prépare tout d'abord le support poreux en matériau inorganique en déposant une couche d'hydroxyde d'aluminium sur la surface interne d'un substrat tubulaire poreux en alumine de 7 mm de diamètre, préalablement revêtu d'un apprêt céramique et présentant un rayon moyen de pores de 0,8 µm. On réalise le dépôt de la couche d'hydroxyde d'aluminium par la technique d'engobage en utilisant une suspension colloïdale d'hydroxyde d'aluminium à laquelle on ajoute de l'alcool polyvinylique pour obtenir une viscosité de 25 cp. On sèche ensuite lentement la couche d'hydroxyde d'aluminium ainsi déposée puis on la soumet à un traitement thermique à 700°C pendant 45 min. On obtient ainsi une couche microporeuse d'alumine ayant une épaisseur de 1 µm et un rayon moyen de pores de 6,5 nm.

On dépose ensuite sur cette couche d'alumine par la technique d'engobage une couche de polyfluorure de vinylidène en utilisant une solution de polyfluorure de vinylidène (PVDF) dans le diméthylacétamide ayant une concentration en PVDF de 1%. On sèche ensuite lentement la couche déposée, puis on la soumet à un traitement thermique à 130°C pendant 2 h. On obtient ainsi une couche organique de polyfluorure de vinylidène ayant une épaisseur de 1 µm.

On soumet alors le support tubulaire ainsi revêtu à l'action des rayonnements gamma provenant d'une source de cobalt 60 dans les conditions suivantes :

- débit de dose : 50 krad/h,

- dose moyenne : 500 krad.

Après irradiation, on monte le support tubulaire dans un circuit parcouru par un courant de styrène désaéré, maintenu à 60°C, et on fait circuler le styrène en contact avec le support pendant 2 h. On interrompt alors le courant de styrène et on le remplace par une solution à 10% en volume d'acide chlorosulfonique dans du tétrachlorure de carbone ou du chlorure de méthyle que l'on met en circulation à la température ambiante pendant une heure.

Le taux de greffage du styrène exprimé en % pondéral, c'est-à-dire selon la formule :

avec P&sub1; représentant le poids du support après greffage et P&sub0; le poids du support avant greffage, atteint 10%.

La quantité de groupes chlorosulfoniques fixés sur le polyfluorure de vinylidène est de 6% du polymère fluoré.

On utilise ensuite la membrane ainsi obtenue dans une installation d'osmose inverse où la solution à traiter est une solution aqueuse contenant 3% en poids de chlorure de sodium. Avant de monter la membrane dans l'installation, on soumet celle-ci à un traitement de gonflement à l'eau chaude, et on réalise ensuite l'osmose inverse en faisant circuler la solution à l'intérieur des tubes sous une pression de 4MPa. Dans ces conditions, la capacité de rétention de la membrane est de 94% et le débit de perméat est de 65 l.d&supmin;¹.m&supmin;².

EXEMPLE 2 : préparation d'une membrane organominérale en alumine recouverte d'une couche de polyfluorure de vinylidène greffé par du styrène et chlorosulfoné.

On utilise le même substrat tubulaire poreux que dans l'exemple 1 et on dépose sur la surface interne de celui-ci une couche d'hydroxyde d'aluminium en utilisant la technique d'engobage comme dans l'exemple 1. On sèche ensuite lentement la couche d'hydroxyde d'aluminium, puis on la soumet à un traitement thermique à 600°C pendant 45 min. On obtient ainsi une couche microporeuse d'alumine ayant une épaisseur de 1 µm et un rayon moyen de pore de 4,5 nm.

Avant de déposer le polyfluorure de vinylidène sur cette couche d'alumine, on imprègne le substrat poreux de diméthylformamide pour favoriser le dépôt de polyfluorure de vinylidène sur la surface externe de la couche d'alumine. On réalise ensuite le dépôt de la couche de polyfluorure de vinylidène en mettant en contact, pendant 1 min, la surface interne du substrat tubulaire revêtu de la couche microporeuse d'alumine avec une solution de polyfluorure de vinylidène (PVDF) dans le diméthylformamide ou le diméthylacétamide ayant une concentration en PVDF de 0,3%. On sèche ensuite lentement la couche déposée, puis on la soumet à un traitement thermique à 130°C pendant deux heures. On obtient ainsi une couche organique de polyfluorure de vinylidène ayant une épaisseur de 0,2 µm.

On soumet alors le support tubulaire ainsi revêtu à l'action des rayonnements gamma provenant d'une source de cobalt 60 dans les conditions suivantes :

- débit de dose : 50 krad/h,

- dose moyenne : 1 Mrad.

Après irradiation on greffe du styrène sur le support tubulaire ainsi traité puis on réalise un traitement de sulfonation dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1. On obtient ainsi un taux de greffage du styrène de 6% en poids et la quantité de groupes chlorosulfoniques est de 4%.

On conditionne la membrane ainsi obtenue dans de l'eau chaude, et on l'utilise ensuite dans une installation d'osmose inverse pour traiter une solution aqueuse ayant une concentration en sel de 3% en poids. On fait circuler la solution à l'intérieur des tubes sous une pression de 4 MPa et, dans ces conditions, le taux de rétention est de 91% pour un débit de perméat de 95 l.d&supmin;¹.m&supmin;².

EXEMPLE 3 : Préparation d'une membrane organominérale d'un substrat en alumine supportant une couche microporeuse de zircone elle-même recouverte d'un revêtement en polyfluorure de vinylidène greffé par du styrène chlorosulfoné.

On utilise le même substrat tubulaire en alumine que dans l'exemple 1 et l'on dépose sur la surface interne de celui-ci une couche d'hydroxyde de zirconium en employant la technique d'engobage comme dans l'exemple 1, mais appliquée ici à une suspension colloïdale d'hydroxyde de zirconium additionnée d'alcool polyvinylique pour obtenir une viscosité de 20 cp. On procède ensuite à un séchage lent suivi d'un traitement thermique à 650°C pendant 2 heures. On obtient ainsi une couche microporeuse de zircone ayant une épaisseur de 2 µm et un rayon de pore de 9 nm.

On imprègne alors la couche de zircone obtenue avec une solution aqueuse à 25% en poids de chlorure de sodium. Après un séchage lent suivi d'un lavage par un faible volume de méthanol, on réalise le dépôt de la couche de PVDF en mettant en contact la couche de zircone avec une solution de polyfluorure de vinylidène à 0,5% en poids dans un mélange de diméthylformamide et d'acétone.

La couche organique ainsi déposée est séchée puis soumise à un traitement thermique à 130°C pendant 2 heures.

On obtient un revêtement de polyfluorure de vinylidène ayant une épaisseur de 0,3 µm.

On procède alors à une irradiation par les rayonnements gamma puis un greffage de styrène et à un traitement de sulfonation comme il est décrit dans l'exemple 1.

La membrane obtenue est conditionnée à l'eau chaude puis disposée dans un circuit d'osmose inverse pour traiter une solution aqueuse ayant une concentration en sel de 3%. Sous une pression de 4 MPa, le taux de rétention est de 90% pour un débit de perméat de 130 ld&supmin;¹m&supmin;².

Bien que dans ces exemples, on ait décrit l'utilisation de membranes de l'invention pour le traitement de solutions aqueuses par osmose inverse, il va de soi que les membranes de l'invention peuvent être utilisées pour le traitement d'autres solutions à condition de greffer sur celles-ci des monomères leur conférant une perméabité sélective au solvant de la solution ou de les fonctionnaliser avec des groupes appropriés leur conférant cette perméabilité sélective.


Anspruch[fr]
  • 1. Membrane semi-perméable organominérale, caractérisée en ce qu'elle comprend un support poreux en matériau inorganique revêtu d'une couche organique semi-perméable dense à base d'un polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène comportant des groupements fonctionnels conférant à la membrane une perméabilité sélective à l'eau ou à d'autres solvants.
  • 2. Membrane selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche organique a une épaisseur de 0,01 à 1 µm.
  • 3. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le support poreux a une dimension moyenne de pores de 0,1 à 20 µm.
  • 4. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le support poreux comprend un substrat macroporeux en matériau inorganique revêtu d'une couche microporeuse en matériau inorganique.
  • 5. Membrane selon la revendication 4, caractérisée en ce que le substrat macroporeux est en un matériau inorganique choisi dans le groupe comprenant les oxydes métalliques, les métaux, les carbures métalliques, le carbure de silicium et le carbone, et en ce que la couche microporeuse est réalisée en oxyde ou hydroxyde métallique, simple ou mixte.
  • 6. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène comporte des chaînes macromoléculaires greffées portant lesdits groupements fonctionnels.
  • 7. Membrane selon la revendication 6, caractérisée en ce que la couche organique est constituée de polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène greffé par du styrène comportant des groupes chlorosulfoniques ou sulfonés.
  • 8. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la couche organique est constituée d'un copolymère de fluorure de vinylidène portant des groupements fonctionnels conférant à la membrane une perméabilité sélective à l'eau ou à d'autres solvants.
  • 9. Procédé de préparation d'une membrane semi-perméable dense organominérale comportant des groupements fonctionnels, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en contact l'une des faces d'un support poreux en matériau inorganique avec une solution ou une suspension d'un polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène pour déposer sur cette face du support poreux une couche de la solution ou de la suspension, à sécher la couche de solution ou de suspension ainsi déposée pour former sur cette face du support poreux une couche organique à base de polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène, à greffer sur la couche organique de polymère ou copolymère au moins un monomère comportant au moins une fonction éthyléniquement insaturée et à soumettre ensuite la couche organique de polymère greffé à un traitement de fonctionnalisation pour introduire sur les chaînes greffées des groupements fonctionnels conférant à la couche une perméabilité sélective à l'eau ou à d'autres solvants.
  • 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le monomère est choisi dans le groupe comprenant l'acrylamide, l'acrylamine, le styrène, le divinyl benzène, les vinylpyridines, la N-vinylpyrrolidone, la N-vinylcaprolactone, l'acide vinylacétique, l'acide vinylsulfonique, l'acide acrylique, les éthers allyliques, et leurs dérivés.
  • 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que l'on réalise le greffage par voie radiochimique.
  • 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on réalise le greffage en soumettant le support revêtu de la couche de polymère ou copolymère à une irradiation au moyen de rayonnements ionisants, et en mettant en contact la couche organique ainsi irradiée avec les monomères à greffer soit pendant, soit après l'irradiation.
  • 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'on dépose sur le support poreux inorganique une couche de solution ou de suspension de polymère ou copolymère contenant les monomères à greffer et en ce que l'on soumet ensuite la couche ainsi déposée à une irradiation au moyen de rayonnements ionisants pour greffer les monomères sur le polymère ou copolymère et provoquer simultanément une réticulation partielle de la couche.
  • 14. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le monomère de greffage étant le styrène, le traitement de fonctionnalisation est un traitement de chlorosulfonation.
  • 15. Procédé de préparation d'une membrane semi-perméable organominérale dense comportant des groupements fonctionnels, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en contact l'une des faces d'un support poreux en matériau inorganique avec une solution ou une suspension de polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène comportant des groupements fonctionnels, pour déposer sur cette face du support poreux une couche de la solution ou de la suspension, à sécher la couche de solution ou de suspension ainsi déposée pour former sur cette face du support poreux une couche organique à base de polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène comportant des groupements fonctionnels conférant à la couche une perméabilité sélective à l'eau ou à d'autres solvants.
  • 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le polymère ou copolymère comportant les groupements fonctionnels est obtenu par greffage d'un monomère comportant des groupements fonctionnels.
  • 17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le polymère ou copolymère comportant des groupements fonctionnels est obtenu en greffant sur un polymère ou copolymère de fluorure de vinylidène un monomère capable d'être fonctionnalisé et en soumettant ensuite le polymère ou copolymère greffé ainsi obtenu à un traitement pour introduire les groupements fonctionnels sur le monomère greffé.
  • 18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le copolymère comportant des groupements fonctionnels est un copolymère de fluorure de vinylidène et d'un monomère comportant des groupements fonctionnels.
  • 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 et 15, caractérisé en ce que, avant de mettre en contact le support poreux avec la solution ou suspension de polymère ou copolymère, on soumet le support poreux à un traitement permettant de réduire la pénétration de la solution ou de la suspension dans la porosité interne du support poreux.






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