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Soutenance de thèse - 4/2/2015

Elsa DUFOUR

 
a soutenu sa thèse le 4 février 2015
 
Relation entre la microstructure de fibres creuses PVdF, les propriétés physico-chimiques et les performances de filtration

Préparée au sein de l’école doctorale Sciences Chimiques Balard et de l’Institut Européen des Membranes de Montpellier.

devant le jury composé de :

  • Mme Christel CAUSSERAND, Prof. Université de Toulouse - Rapporteur
  • Mr Denis ROIZARD, DR CNRS, Université de Lorraine - Rapporteur
  • Mr Patrice HUGUET, Prof., Université Montpellier 2 - Examinateur
  • Mme Sophie NORVEZ, MDConf., ESPCI ParisTech - Examinateur
  • Mr Olivier LORAIN, Docteur, POLYMEM - Co-directeur
  • Mr André DERATANI, DR CNRS, IEM Montpellier - Directeur de thèse
  • Mr Michel GLOTIN, ARKEMA - Invité
  • Mme Claire MACHINAL, VEOLIA - Invitée

Résumé :

Le projet NEOPHIL a pour objectif d’élaborer une membrane d’ultrafiltration (UF) en fibre creuse de poly(fluorure de vinylidène) (PVdF) possédant une résistance au colmatage stable dans le temps. Cette propriété peut être acquise par l’ajout d’un copolymère à blocs nommé GEN dans la solution de préparation des fibres en plus de l’additif poly(vinyl pyrrolidone) (PVP) classiquement utilisé. Dans ce travail, nous nous sommes attachés à la détermination des additifs en surface, dans la masse et à établir des profils de concentration par ATR-FTIR, T%-FTIR et microscopie Raman. Ces analyses ont montré que la moitié de la PVP est lessivée dans le bain de coagulation alors que GEN reste quantitativement ancré dans la matrice. Dans le cas de la PVP, les paramètres d’élaboration comme la présence de solvant ou de PVP dans le bain de coagulation influent fortement sur le profil de concentration au niveau des interfaces. Par la suite, une analyse multicritère entre l’hydrophilie apportée par les additifs et le colmatage a été effectuée. Cette étude a été réalisée par des mesures d’angle de contact à l’eau, de rétention d’eau et de pression d’intrusion d’eau sur fibres sèches en relation avec la taille et la distribution des pores, la rugosité de surface (AFM) et la perméabilité à l’eau pure. Une étude préliminaire sur le comportement au vieillissement a également été effectuée qui montre que GEN est peu extrait alors que la PVP disparait en partie par extraction et/ou dégradation. Ce phénomène affecte fortement les différents paramètres étudiés dans l’analyse multicritère.

Mots-clés : Fibre creuse, Ultrafiltration, Additif, Hydrophilie, Colmatage, Vieillissement.

Abstract

The project NEOPHIL aims to develop an ultrafiltration (UF) membrane hollow fiber from poly (vinylidene fluoride) (PVdF) that resists to fouling amide time. This property can be achieved by adding a block copolymer called GEN in the fiber preparation solution in addition to the classic additive, poly (vinyl pyrrolidone) (PVP). In this work, we focused on the quantification of additives on the surface, in the bulk and establishing the concentration profile by ATR-FTIR, T% -FTIR and Raman microscopy. These analyzes showed that half of the PVP is washed away into the coagulation bath while GEN quantitatively remains anchored in the matrix. In the case of PVP, the formulation parameters such as the presence of solvent or PVP in the coagulation bath greatly affects the concentration profile at the interfaces. In addition a multi-criteria analysis between hydrophilicity provided by the additives and the fouling was established. This study was carried out by measurement of the water contact angle, water retention and water intrusion pressure of dry fibers in relation to the size and distribution of pores, the surface roughness (AFM) and the permeability to pure water. A preliminary study on the aging behavior was also performed showing that GEN is not extracted while the PVP is lost partly by extraction and/or degradation. This phenomenon strongly affects the different parameters studied in the multi-criteria analysis.

Keywords : Hollow fiber, Ultrafiltration, Additive, Hydrophilicity, Fouling, Aging.