I.1. Les membranes échangeuses d’ions utilisées
Notre étude expérimentale a porté sur quatre paires de membranes échangeuses d’ions, toutes fournies par l’entreprise Eurodia Industrie SA. Chacune de ces paires est formée d’un échantillon de MEI neuve et de la même membrane utilisée pendant deux ans dans un électrodialyseur pour l’industrie agroalimentaire. Deux types de membranes ont été testés : deux paires de membranes échangeuses de cations (MEC) et deux paires de membranes échangeuses d’anions (MEA). Pour des raisons de confidentialité exigées par l’entreprise Eurodia Industrie S.A. elles seront dénommées respectivement MEC1, MEC2, MEA1 et MEA2. Les MEC1 et MEA1 proviennent d’un même électrodialyseur et les deux autres appartiennent à un second électrodialyseur. Les conditions de fonctionnement sont presque identiques, et particulièrement la solution traitée.
Ces membranes utilisées sont de type Neosepta®. Elles sont à base de polystyrène, réticulé au divinylbenzène (DVB), et de PVC [1]. Une trame en polyéthylène est utilisée pour augmenter la résistance mécanique de ces membranes [2]. Les MECs portent des sites fonctionnels sulfoniques et les MEAs portent des sites ammonium quaternaires.
I.2. Conditionnement et stockage des MEIs
Les matériaux membranaires neufs peuvent présenter des variations structurelles ou des pollutions associées à leurs procédés de fabrication. Il est donc nécessaire de prévoir un
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45 traitement permettant d’amener la membrane dans un état de référence reproductible et qui permet d’éliminer les impuretés résiduelles provenant éventuellement de la fabrication ou de la conservation et de stabiliser les propriétés physico-chimiques des différents échantillons utilisés. Il existe différents types de conditionnement [3-5] mais nous adapterons que celui conforme à la norme française NF X 45-200 [6].
Pour les membranes usagées, nous avons procédé également à la même étape de conditionnement avant de les stocker. L’objectif étant d’éviter la prolifération de bactéries dans le matériau. Nous travaillons sur un même lot de membrane (que ce soit neuve ou usagée) afin d’éviter une éventuelle dispersion des résultats due aux variations, parfois importantes, des caractéristiques physico-chimiques de la membrane entre différents lots ou en passant d’un endroit à un autre sur une même feuille.
Pour commencer le traitement, les membranes échangeuses de cations et d’anions ont été découpées à l’aide d’un emporte-pièce de 34 mm ce qui fera à peu près une surface de 10 cm² par échantillon. Ensuite les membranes suivent un cycle de stabilisation selon la norme française NF X 45-200.
I.2.1.Traitement des MECs neuves
Le traitement suivi pour les deux membranes échangeuses de cations neuves est décrit ci-dessous :
Equilibrage dans l’acide chlorhydrique : les échantillons de membranes sont équilibrés pendant 1 h dans une solution de HCl à 0,1 M, à raison de 100 mL environ pour 10 cm2 de membrane. L’ensemble des sites fonctionnels est alors neutralisé par les ions H+.
Rinçage rapide à l’eau : les échantillons sont immergés dans de l’eau ultra pure à raison de 250 mL environ pour 10 cm2 de membrane et essuyés légèrement sur les deux faces avec du papier filtre.
Equilibrage dans la soude : à la suite du lavage, les membranes sont équilibrés dans une solution de NaOH à 0,1 M pendant 1 h, à raison de 100 mL environ pour 10 cm2 de membrane afin qu’elle soit sous forme Na+.
Rinçage rapide au chlorure de sodium : il s’agit d’immerger la membrane dans une solution de NaCl à 0,1 M à raison de 250 mL environ pour 10 cm2 de membrane afin
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46 d’éliminer l’excès de soude.
Ce cycle de conditionnement est répété deux fois de suite. Ensuite, et afin de préparer les échantillons de membranes pour les mesures, ces derniers sont conservés dans des flacons de polyéthylène dans une solution de chlorure de sodium à 0,1 M à raison de 100 mL environ pour 10 cm2 de membrane.
I.2.2.Traitement des MEAs neuves
Pour les membranes échangeuses d’anions neuves, le traitement de conditionnement suivi est comme suit :
Equilibrage dans l’acide nitrique : les échantillons de membranes sont équilibrés pendant 1 h dans une solution de HNO3 à 0,1 M, à raison de 100 mL environ pour 10 cm2 de membrane. L’ensemble des sites fonctionnels est alors neutralisé par les ions NO3+.
Rinçage rapide à l’eau : les échantillons sont immergés dans de l’eau ultra pure à raison de 250 mL environ pour 10 cm2 de membrane et essuyés légèrement sur les deux faces avec du papier filtre.
Equilibrage dans l’acide chlorhydrique : à la suite du lavage, les membranes sont équilibrées dans une solution de HCl à 0,1 M pendant 1h, à raison de 100 mL environ pour 10 cm2 de membrane.
Rinçage rapide au chlorure de sodium : il s’agit d’immerger la membrane dans une solution de NaCl à 0,1 M à raison de 250 mL environ pour 10 cm2 de membrane afin d’éliminer l’excès d’acide.
Ce cycle de conditionnement est répété deux fois de suite. Ensuite, et afin de préparer les échantillons de membranes pour les mesures, ces derniers sont conservés dans une solution d’acide chlorhydrique HCl à 0,1 M à raison de 100 mL environ pour 10 cm² de membrane.
I.2.3.Cas des MEIs usagées
Pour les membranes échangeuses d’ions usagées nous avons adopté les mêmes démarches précédemment décrites tout en commençant par une phase de rinçage abondante (62 heures sous agitation) et en multipliant par 2 tous les temps d’équilibrage et de rinçage mentionnés dans les paragraphes I.2.1 et I.2.2.
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47 A la suite de ces deux cycles non agressifs, les échantillons membranaires ont subi un brassage externe et interne suffisants pour éliminer les impuretés éventuelles pouvant être source de prolifération de bactéries et stabiliser leurs propriétés physico-chimique.