Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Master2: Génie pétrochimique Responsable de la matière2 (UEM3) : Mr. Y.FERDJANI

Master2: Génie pétrochimique Responsable de la matière2 (UEM3) : Mr. Y.FERDJANI y.yahaya1451@gmail.com UNIVERSITE 20 AOUT 1955 – SKIKDA FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE PETROCHIMIE ET DE GENIE DES PROCEDES MASTER A CURSUS INTEGRE DE LICENCE DomaineSciences et Technologies Filière : Industries Pétrochimiques Spécialité : Génie Pétrochimique MATIERE 2 UEM 3: SYNTHESE ET CARACTERISATION DES ZEOLITHES (Crédits : 03 Coefficient : 02) Mode d'évaluation : Continu et Examen Master2: Génie pétrochimique Responsable de la matière2 (UEM3) : Mr. Y.FERDJANI y.yahaya1451@gmail.com I.Zéolithes membranaires I.1.Définitions d’une membrane Une membrane est une matière qui agit comme une barrière pour empêcher le mouvement de masse, tout en permettant le passage restreint de l'un ou de plusieurs espèces. La membrane peut être gazeuse, liquide, solide ou une combinaison de ceux-ci . Une autre définition possible serait «un film mince fabriqué à l'aide d'un matériau spécial à perméabilité sélective pour la séparation, la purification et la concentration du constituant d'un mélange gazeux ou liquide ». Une membrane n'est rien de plus qu'une fine interface distincte qui modère la permeation des espèces chimiques en contact avec elle. Le transfert de matière d’une phase à l’autre va dépendre de l’intensité de la contrainte appliquée de part et d’autre de cette interface. Cette contrainte a pour but d’accélérer le processus de séparation. Elle peut être : un gradient de pression; un gradient de potentiel électrique; un gradient de potentiel chimique . Master2: Génie pétrochimique Responsable de la matière2 (UEM3) : Mr. Y.FERDJANI y.yahaya1451@gmail.com La porosité d’une membrane est définie comme le rapport du volume des espaces vides sur le volume total de la matrice. Cette grandeur dépend de la taille des constituants élémentaires de la matrice mais également du procédé d’élaboration de la membrane. Une membrane poreuse doit posséder une très bonne résistance mécanique tout en ermettant un débit de perméation élevé. Les propriétés de séparation dépendent de la taille des pores, mais aussi de la présence de charges électriques découlant de la nature chimique du matériau membranaire et du pH du milieu. Lorsque les interstices entre les constituants de la matrice membranaire ont une taille voisine de celle d’un ion solvaté, on ne parle plus de pores et on qualifie la membrane de dense. Elle est soit à base de polymère de haute densité se présentant sous forme de feuilles souples, soit à base de matériaux céramiques. Le transfert de matière à travers une membrane dense est régi par un mécanisme de solubilité des solutés dans la membrane et leur diffusion. Il faut noter que cette terminologie est assez rarement employée par les utilisateurs de procédés membranaires du fait de la confusion qu’elle génère avec les dénominations des différents procédés baromembranaires (Tableau 1-6). Tableau 1 : Classification des procédés baromembranaires(la force motrice à l’origine du transfert de la matière à travers la membrane est due à la différence de pression de part et d’autre de la membrane, également définie comme la pression transmembranaire (PTM)),en fonction de la taille des pores et des espèces retenues [156]. (La pression transmembranaire (PTM), permet au fluide de traverser la membrane. La pression appliquée est croissante de la microfiltration à l’osmose inverse). En adoptant la terminologie recommandée par l’IUPAC: La nanofiltration fait appel à des micropores La microfiltration utilise des macropores. L’ultrafiltration recouvre quant à elle les deux catégories : mésopores et macropores. I.2.Mise en œuvre des membranes(modes de fonctionnement) I.2.1.Filtration frontale : Master2: Génie pétrochimique Responsable de la matière2 (UEM3) : Mr. Y.FERDJANI y.yahaya1451@gmail.com I.2.2. Filtration tangentielle Figure ... : Schéma d’une membrane permettant la séparation de deux types de molécules, a) filtration en mode tangentiel et b) filtration en mode frontal [74]. I.3.Nature des membranes Selon la nature des matériaux constitutifs des membranes on parle de : Master2: Génie pétrochimique Responsable de la matière2 (UEM3) : Mr. Y.FERDJANI y.yahaya1451@gmail.com  Membranes organiques ;  Membranes minérales ou inorganiques ;  Membranes composites ;  Membranes échangeuses d'ions. I.4.Géométrie des membranes I.4.1.Module plan Les membranes sont disposées parallèlement les unes aux autres et sont séparées par des grilles ou support . Les modules plans de type filtre-presse (Figure) ; Ce sont les plus anciens et les plus simples. Les membranes sont empilées en mille-feuilles séparées par des cadres intermédiaires qui assurent la circulation des fluides. Les plaques sont limitées à une petite échelle industrielle,telle que des applications médicales et de laboratoire. I.4.2.Module spiral. C’est un module particulier de membranes planes qui sont enroulées autour d’un axe creux collecteur de perméat. L’ensemble est introduit dans une enveloppe cylindrique dont les sections donnent accès à l’entrée de l’alimentation et à la sortie du rétentat. Master2: Génie pétrochimique Responsable de la matière2 (UEM3) : Mr. Y.FERDJANI y.yahaya1451@gmail.com I.4.3.Modules fibres creuses. Ils contiennent plusieurs milliers de fibres dont le diamètre est de l’ordre de 1 mm. Les faisceaux ainsi obtenus sont encollés aux extrémités de façon à assurer l’étanchéité entre le compartiment (perméat) et l’alimentation I.4.4.Membranes tubulaires Un module tubulaire contient plusieurs tubes qui peuvent être en série ou en parallèle. Master2: Génie pétrochimique Responsable de la matière2 (UEM3) : Mr. Y.FERDJANI y.yahaya1451@gmail.com Les tubes et les multicanaux sont employés dans plusieurs applications industrielles [157- 159] grâce à leur plus grande surface membranaire disponible par rapport à l’encombrement du module et un système d’écoulement de type piston plus approprié aux débits importants. I.5.Préparation des zéolithes membranaires I.5.1.Généralités Les premières membranes zéolithiques capables de séparer des gaz ont été préparées sur des supports temporaires non poreux [76]. La membrane obtenue peut être séparée de son support de différentes manières, dépendant du substrat. Ce type de membrane consiste en un arrangement compact et continu de cristaux interpénétrés ayant des tailles de 0,1 à 100 μm. Pour la préparation, le support non poreux est plongé dans la solution de synthèse pour une durée pouvant aller jusqu’à 200 heures. La température de synthèse hydrothermale est comprise entre 110 et 200 °C. La couche formée a une épaisseur variant entre 0,1 et 400 μm. Si le support est un métal, la membrane zéolithique peut en être séparée facilement à l’aide d’un solvant à température ambiante (acétone) ou par dissolution du métal dans une solution d’acide chlorhydrique ou nitrique. On utilise la membrane obtenue dans des applications telles le craquage, des réactions de déshydrogénation et des procédés de conversion d’hydrocarbures. Les propriétés catalytiques et de séparation peuvent être ajustées par l’incorporation d’autres espèces (K, Rb, Cs ou Ag), par échange ionique ou par des techniques de dépôt (dépôt de coke, silice, …). Ce type de membrane reste cependant fragile, car il y a absence de support. Pour pallier ce problème, on a largement utilisé des supports poreux depuis 1985 [77]. La préparation de ce type de membrane consiste à faire subir un traitement hydrothermal à une alumine poreuse plongée dans un gel précurseur de zéolithe, obtenu à partir d’un mélange de Master2: Génie pétrochimique Responsable de la matière2 (UEM3) : Mr. Y.FERDJANI y.yahaya1451@gmail.com silicate de sodium et de soude. Les membranes de zéolite sont habituellement synthétisées sur un support constitué d'un matériau mécaniquement résistant, bien que des membranes autosupportées aient été également préparées. La composition chimique des supports est variable : des membranes en céramique (oxyde de titane d'alumine et par exemple, zirconia, mullite), de carbone, en verre ou d'acier inoxydable ont été utilisées. Les supports en céramiques offrent plusieurs avantages par rapport à leurs homologues organiques.Les matériaux carbonés poreux sont des candidats prometteurs comme supports car ils ne sont pas seulement stables dans des conditions non oxydantes, mais également très peu coûteux. Matériau composite carbone-zéolite membranes formées par la croissance de zéolite sur support de carbone poreux peuvent posséder les propriétés bifonctionnelles de carbone et zéolite. Des membranes de zéolithe sont généralement synthétisées par la synthèse hydrothermale sur un type donné de support. Le processus in situ de synthèse est simple et exige seulement des modifications mineures de la recette habituelle de synthèse pour la poudre de zéolite. Le support est présenté directement dans le mélange de synthèse dans un autoclave et dans des conditions contrôlées, généralement dans un four; la zéolite est permise à nucléé et de grandir pour former une couche sur la surface du support. Les températures sont de 90°C (la zéolite A) à 180°C (silicalite-1) et des temps allant de quelque heures à quelques jours. I.5.2.Préparations de matériaux zéolithiques composites Les voies d'obtention récentes de matériaux zéolithiques composites (de type membrane ou film mince) recensées dans la littérature sont au nombre de quatre . I.5.2.1 Le recouvrement par immersion (« Slurry coating » et « Dip coating ») Cette première méthode consiste à recouvrir de zéolithe le support par immersion dans une suspension de zéolithe contenant un liant (« slurry coating » [80]). Le support peut également être plongé dans le gel précurseur de la zéolithe (« dip coating ») lequel est converti en zéolithe dans une étape ultérieure par voie hydrothermale [81] ou par voie hydrothermique (« Dry Gel Conversion », DGC [82]). Cette dernière voie peut être conduite Master2: Génie pétrochimique Responsable de la matière2 (UEM3) : Mr. Y.FERDJANI y.yahaya1451@gmail.com avec le structurant organique présent dans uploads/Litterature/courszeolithes-membranaires.pdf