L'Equipe Procédés Membranaires (EPM) consacre ses activités à des
recherches appliquées et à leur transfert vers le monde industriel où
interfèrent les exigences scientifiques, économiques et celles de la
confidentialité des sujets traités.
Ses activités sont en forte progression et couvrent un large spectre : depuis la conception de nouvelles membranes et modules jusqu'au développement et à l'installation de nouveaux procédés membranaires industriels. L'objectif principal de l'équipe Procédés Membranaires est d'améliorer l'efficacité de ces procédés limitée par le colmatage et le coût de mise en œuvre, tout en apportant des solutions innovantes dans le traitement d’effluents spécifiques et la purification de composés de haute valeur ajoutée.
L’optimisation des procédés membranaires passe par une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu. Les activités de l’EPM se divisent en 6 axes de recherche inter-agissant entre eux :
- Bioréacteur à membranes (Benoit Marrot) - Caractérisation de membranes et Eau potable (Yvan Wyart) - Industrialisation de procédés et CFD (Philippe Moulin) - Propriétés de Transport et Métrologie (Jean Philippe Bonnet) - Traitement des effluents (Emilie Carretier) - Intensification de procédés (Mathias Monnot)
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Toute évolution des procédés ne peut reposer que sur la connaissance approfondie des problématiques qui les génèrent et des choix qui peuvent en découler. Les problématiques scientifiques évoquées sont complexes et multiples. Dans ce cadre, les activités de recherche sont pour la majorité en partenariat avec un industriel dans le cadre d’un contrat de collaboration de recherche. A partir d’une idée développée au laboratoire ou d’une problématique industrielle), il s’agit ici de travailler en partenariat industriels-EPM dans un cadre réaliste de variables opératoires.
Plate forme de 20 pilotes de filtration 1 pilote de perméation gazeuse 2 pilote de pervaporation 1 OI haute pression, NF, 3 pilotes de screening 9 pilotes de MF-UF 1 BRM 1 station de production d'eau potable 20m3.J-1 1 unité de purification d'eau 240m3.J-1 1 BRM industriel 1 pilote multi scales MF-UF
Partenaires industriels et académiques
Dernières Publications de l'équipe
2017
S.A. Toudji, Jean-Philippe Bonnet, J-L. Gardarein, Emilie Carretier. New experimental setup for continuous mass flux measurement in pervaporation. Chemical Engineering Research and Design, Elsevier, 2017, 124 (1), pp.252 - 259. Plus de détails...
Pervaporation is a separation process of liquid mixtures through a thin non-porous membrane. In vacuum pervaporation, the global mass flux is classically estimated by weighing the mass of permeate collected in cold traps. In this work, we propose a new experimental setup that allows a continuous measurement of the mass flux. The new mass flux method measurement was validated for single component permeation (ethanol and water) by comparing mass of permeate collected in cold traps with the level decrease of feed liquid measured with a pressure sensor. This new setup can be useful for laboratory studies dealing with the evolution of mass flux according to different parameters of the process as, for example, the permeate side pressure level or temperature of liquid feed.
S.A. Toudji, Jean-Philippe Bonnet, J-L. Gardarein, Emilie Carretier. New experimental setup for continuous mass flux measurement in pervaporation. Chemical Engineering Research and Design, Elsevier, 2017, 124 (1), pp.252 - 259. <10.1016/j.cherd.2017.06.029>. <hal-01590253>
Nicolas Combernoux, Luc Schrive, Véronique Labed, Yvan Wyart, Emilie Carretier, et al.. Irradiation effects on RO membranes: Comparison of aerobic and anaerobic conditions. Polymer Degradation and Stability, Elsevier, 2016, 134, pp.126-135. Plus de détails...
In this study, the investigation of the degradation of polyamide composite reverse osmosis membrane under gamma irradiation was carried out in aerobic and anaerobic conditions. A gamma Co-60 source was used to reach irradiation doses ranging from 0.1 to 1 MGy, with a constant dose rate of 0.5 kGy h(-1). The RO membranes degradation was assessed using XPS and ATR-FTIR for the chemical modification of the membrane active layer. Ion chromatography, pH measurement and gas chromatography were also used to identify and quantify the species release in aqueous and gaseous phases. Results showed a difference in the degradation of the membrane active layer and support layer between aerobic and anaerobic conditions. The different analysis performed suggested that the breakage of amide bonds was significantly higher in aerobic conditions rather than in anaerobic. This observation was confirmed by the measurement of an increasing amount of release species in aqueous and gaseous phase in aerobic conditions. Ester bonds scissions were highlighted as soon as the dose reached the value of 0.1 MGy in both conditions indicating an important sensitivity of the PVA-type coating of the RO membrane towards irradiation. Nevertheless, investigation of the top 10 nm surface of the active layer composition by XPS showed that the scissions of amide and ester bonds were similar in both conditions. Finally, all these results underlined a difference in the degradation mechanisms of the RO membranes: in anaerobic conditions, the degradation was limited to the top surface of the membrane and reductive species were involved in the degradation reactions. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.
Nicolas Combernoux, Luc Schrive, Véronique Labed, Yvan Wyart, Emilie Carretier, et al.. Irradiation effects on RO membranes: Comparison of aerobic and anaerobic conditions. Polymer Degradation and Stability, Elsevier, 2016, 134, pp.126-135. <10.1016/j.polymdegradstab.2016.09.034>. <hal-01461790>
Nicolas Combernoux, Véronique Labed, Luc Schrive, Yvan Wyart, Emilie Carretier, et al.. Effect of gamma irradiation at intermediate doses on the performance of reverse osmosis membranes. International Journal for Radiation Physics and Chemistry, Elsevier, 2015, . Plus de détails...
The goal of this study is to explain the degradation of Polyamide (PA) composite reverse osmosis membrane (RO) in function of the irradiation dose. Irradiations were performed with a gamma 60Co source in wet conditions and under oxygen atmosphere. For different doses of 0.2 and 0.5 MGy with a constant dose rate of 0.5 kGy h−1, RO membranes performances (NaCl retention, permeability) were studied before and after irradiation. ATR-FTIR, ion chromatography and gas chromatography were used to characterize structural modification. Results showed that the permeability of RO membranes irradiated at 0.2 MGy exhibited a small decrease, related to scissions of the PVA coating. However, retention did not change at this dose. At 0.5 MGy, permeability showed a large increase of a factor around 2 and retention began to decrease from 99% to 95%. Chromatography measurements revealed a strong link between permselectivity properties variation, ion leakage and oxygen consumption. Add to ATR-FTIR observations, these results emphasized that the cleavages of amide and ester bonds were observed at 0.5 MGy, more precisely the loss of hydrogen bonds between polyamide chains. By different analysis, modifications of the polysulfone layer occur until a dose of 0.2 MGy.
Nicolas Combernoux, Véronique Labed, Luc Schrive, Yvan Wyart, Emilie Carretier, et al.. Effect of gamma irradiation at intermediate doses on the performance of reverse osmosis membranes. International Journal for Radiation Physics and Chemistry, Elsevier, 2015, <10.1016/j.radphyschem.2015.11.017>. <hal-01294902>
Journal: International Journal for Radiation Physics and Chemistry
Nicolas Combernoux, Luc Schrive, Véronique Labed, Yvan Wyart, Emilie Carretier, et al.. Study of polyamide composite reverse osmosis membrane degradation in water under gamma rays. Journal of Membrane Science, Elsevier, 2015, 480 (2), pp.64-73. Plus de détails...
This study aims to investigate the impact of irradiation on the behavior of Polyamide (PA) composite reverse osmosis (RO) membranes. Irradiations were performed for two doses (0.1 and 1 MGy) in wet conditions under an oxygen atmosphere, with a gamma 60Co source. Irradiation effect on RO membranes performances (NaCl rejection, permeability) was studied before and after irradiation. ATR-FTIR, XPS, AFM, FESEM microscopy, ion chromatography were also used to characterize structural modifications. Results show that NaCl rejection of RO membranes irradiated at 1 MGy decreased until 64% and permeability increased by a factor of three. Nevertheless, membranes irradiated at 0.1 MGy did not exhibit any change in theirs permselectivity properties. Advanced analysis techniques confirmed that the firsts effects of gamma rays on RO membranes occurred between 0.1 and 1 MGy. Results emphasize that gamma rays effects on the RO membranes led to the breaking of amide and ester bonds at 1 MGy. These breakings resulted in loss of hydrogen bonds between polyamide chains, and consequently to a relaxation of the polyamide network. Finally, modifications of the polysulfone layer underneath were highlighted. Both relaxation of the polyamide network and modifications of the polysulfone layer could be involved in the drop of the permselectivity properties.
Nicolas Combernoux, Luc Schrive, Véronique Labed, Yvan Wyart, Emilie Carretier, et al.. Study of polyamide composite reverse osmosis membrane degradation in water under gamma rays. Journal of Membrane Science, Elsevier, 2015, 480 (2), pp.64-73. <10.1016/j.memsci.2015.01.019>. <hal-01295140>
Camille Delcroix, Jean-Philippe Bonnet, Martial Etienne, Philippe Moulin. Influence of ionic strength on membrane selectivity during the ultrafiltration of sulfated pentasaccharides. Carbohydrate Polymers, Elsevier, 2015, 116, pp.243-248. Plus de détails...
Due to their numerous biological properties, natural sulfated polysaccharides have attracted the interest of the food and pharmaceutical industries. Membrane processes were thought to be especially suitable for their production at industrial scale. The aim of this study was to evaluate the effect of sodium chloride, often used as a preservative and a precipitation adjuvant, on the ultrafiltration of sulfated pentasaccharides. In pure water, results showed a complete retention of the polymers on membranes with molecular weight cut-off up to eight times the molecular weight of the studied pentasaccharides. When NaCl was added to a concentration of 0.5 mol L-1, retention rates decreased significantly (approximate to-50%). As no relevant modification of the molecules size was observed through hydrodynamic radius measurements, these variations of selectivity were fully attributed to the screening of membrane surface charges by the electrolyte. Therefore, optimising the ultrafiltration of charged molecules need absolutely exammining electrostatic interactions. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.
Camille Delcroix, Jean-Philippe Bonnet, Martial Etienne, Philippe Moulin. Influence of ionic strength on membrane selectivity during the ultrafiltration of sulfated pentasaccharides. Carbohydrate Polymers, Elsevier, 2015, 116, pp.243-248. <10.1016/j.carbpol.2014.07.013>. <hal-01462145>
15 Décembre 2016
- "Développement d'un dispositif de production et de purification portatif d'un médicament : Application à la mucoviscidose" / Soutenance de thèse Sophie ARENILLAS
Doctorant: Sophie ARENILLAS
Date de soutenance: jeudi 15 décembre à 10h à l'Europôle de l'Arbois (huit clos)
Résumé:
La mucoviscidose est une maladie
génétique mortelle qui limite ou empêche la production de composés
antimicrobiens tels que l’hypothiocyanite (OSCN-)
et la lactoferrine. L’objectif de cette étude est de produire un
médicament contenant ces deux composés antimicrobiens (10 mL). Cependant
l’hypothiocyanite est instable et nécessite une production juste avant
administration. Pour cela, une unité de production
de médicament portable, destinée à une utilisation par le patient à
domicile, est développée avec un appareil réutilisable comprenant le
système de pilotage du procédé et une cassette jetable composée par le
circuit fluidique et le module membranaire. Le développement
du circuit fluidique associé à un module membranaire nécessaire à la
purification de l’hypothiocyanite, présent dans le milieu réactionnel,
en prenant en compte les contraintes pharmaceutiques, constitue le
verrou scientifique et technologique de cette thèse.
Au travers de deux géométries membranaires testées, l’étude des
paramètres opératoires pour la réalisation de la réaction enzymatique
(mécanique des fluides, ultrafiltration, réaction) a permis de mieux
appréhender et d’optimiser la production d’hypothiocyanite
mais aussi de mettre en évidence les paramètres clés de l’élimination
de la glycérine, présente initialement dans les membranes. En parallèle
des essais cliniques modifiant les contraintes imposées, l’unité de
production et la cassette jetable développées
ont permis d’obtenir des résultats proches de ces nouvelles
contraintes.
Jury
Philippe BORDEAU, Directeur de recherche, Alaxia, Lyon
Eric FAVRE, Professeur des Universités, LRGP, Nancy
Emmanuel MONNIN, Chef de projet, Eveon, Montbonnot Saint Martin
Philippe MOULIN, Professeur des Universités, Aix Marseille Université
Christophe SERRA, Professeur des Universités, Institut Charles Sadron, Strasbourg
Christelle WISNIEWSKI, Professeur des Universités, Faculté des Sciences pharmaceutique et biologiques, Montpellier
11 Décembre 2015
- "Traitement d’effluents nucléaires aqueux : étude de la dégradation des membranes d’osmose inverse sous irradiation gamma" / Soutenance de thèse Nicolas Combernoux
Doctorant: Nicolas COMBERNOUX
Date de soutenance: le 11 décembre 2015 à 9h30 à l’Amphithéatre du CEREGE sur le site de l’Europôle de l’Arbois à Aix en Provence.
Le jury sera composé de : Emmanuel Balanzat Directeur de recherche, CIMAP Emilie Carretier Maître de conférences, Aix Marseille Université Benny Freeman Professeur, Université Austin, Texas, USA Véronique Labed Ingénieur chercheur, CEA Philippe Moulin Professeur, Aix Marseille Université Stéphane Pellet-Rostaing Directeur de recherche, ICSM Hélène Schneider Ingénieur chercheur, EDF Luc Schrive Ingénieur chercheur, CEA Alexandre Ragouilliaux Ingénieur chercheur, AREVA Yvan Wyart Maître de conférences, Aix Marseille Université
