Configurations des cellules d’électrodésionisation

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : Etude Bibliographique
I.1 Eau ultrapure
I.1.1 Description des procédés pour la production d’eau ultrapure
I.1.2 Evolution technologique du traitement de l’eau ultrapure
I.2 Définition et avantage de la technique d’électrodésionisation
I.3 Principe de l’électrodésionisation
I.4 Historique
I.5 Applications de l’électrodésionisation
I.5.1 Production de l’eau ultrapure
a- L’industrie des semi-conducteurs
b- Les industries de l’énergie
c- L’industrie pharmaceutique et biomédicale
d- Le domaine de la chimie analytique
I.5.2 Dépollution des eaux
a- Elimination des métaux lourds
b- Elimination des Nitrates
c- Elimination du Bore et de la silice
I.5.3 Applications potentielles
I.6 Aspect théorique
I.6.1 Mécanisme de transfert
I.6.2 Courbe courant-tension
I.6.3 Dissociation de l’eau
a- Théorie de l’électroconvection de I. RUBINSHTEIN
b- Théorie d’Onsager de l’effet Wien
c- Théorie de Simons de la réaction chimique
I.7 Configurations des cellules d’électrodésionisation
I.7.1 Configuration plane
I.7.1.1 Electrodésionisation à cellules minces
I.7.1.2 Electrodésionisation à cellules épaisses
I.7.2 Configuration en spirale
I.7.3 Electropermutation
I.7.4 Désionisation capacitive
I.8 Aspect Economique
CHAPITRE II : Méthodologie Expérimentale
II.1 Cellule d’électrodésionisation
II.2 les matériaux échangeurs d’ions
II.2.1 Membranes échangeuses d’ions
II.2.2 Résines échangeuses d’ions
II.3 Les Solutions
II.4 Mode de fonctionnement
II.4.1 Détermination des courants limites
II.4.2 Déminéralisation / Epuration
II.4.2.1 Montage électrique
II.4.2.2 Le pH, la Conductivité et la concentration
II.4.2.3 Mode opératoire
CHAPITRE III : Etude des Paramètres de Fonctionnement
III.1 Influence du voltage
III.1.1 Courbe courant-Tension
III.1.2 Conductivité de l’eau traitée
III.1.3 Taux de déminéralisation
III.1.4 pH
III.1.5 Flux de déminéralisation
III.1.6 Evaluation de la mobilité ionique
III.1.7 Discussion
III.2 Influence du débit
III.2.1 Intensité du courant
III.2.2 Conductivité
III.2.3 Flux de déminéralisation
III.2.4 Taux de déminéralisation
III.2.5 Mobilité ionique
III.2.6 Discussion et calcul
III.3.Influence de la concentration
III.3.1. Intensité du courant
III.3.2. pH
III.3.3. Paramètre de déminéralisation
III.3.4. Gain d’efficacité
III.4 Conclusion
CHAPITRE IV : Influence du Design
IV.1. Influence de l’épaisseur
IV.1.1 voltage égal et débit égal
IV.1.1.1 Intensité du courant
IV.1.1.2 Taux de déminéralisation
IV.1.1.3 Flux de déminéralisation
IV.1.1.4 Rendement électrique
IV.1.2 Voltage égal et vitesse de passage égale
IV.1.2.1 Intensité du courant
IV.1.2.2 Taux de déminéralisation
IV.1.2.3 Flux de déminéralisation
IV.1.2.4 Rendement électrique
IV.1.3 Champ égal et vitesse de passage égale
IV.1.3.1 Intensité du courant
IV.1.3.2 Taux de déminéralisation
IV.1.3.3 Flux de déminéralisation
IV.1.3.4 Rendement électrique
IV.1.3.5 Trajectoire de l’ion
IV-2 Effet de la configuration
IV.2.1 Intensité du courant
IV.2.2. Taux de déminéralisation
IV.2.3 Flux de déminéralisation
IV.2.4 pH
IV.2.5 Consommation énergétique
IV.2.6 Rendement électrochimique
IV.2.7 Calcul de la mobilité ionique
IV.3 Conclusion
CHAPITRE V : Influence de la Nature du sel
V.1 Electrolyte fort
V.2 Tampon phosphate
V.3 Amphotères
V.4 Solution mixte/Elimination de la polarisation
V.4.1 Cas des solutions mixtes NaCl /Tampon phosphate
V.4.2 Cas des solutions mixtes NaCl /Ampholyte
V.4.3 Cas des solutions mixtes NaCl / électrolyte faible
V.4.3.1 Acide Borique et phénol
V.4.3.2 la glycine
V.4.3.3 Aniline
CHAPITRE VI : Etude des métaux lourds
VI Etude des métaux lourds
VI.1 Electrodésionisation de solutions diluées contenant un cation métallique
VI.2 Effet du pH des extrémités
VI.2 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE

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Intensité du courant

Sous les mêmes conditions opératoires, les caractéristiques courant-tension transmembranaire obtenues pour les différents cas étudiés en mode potentiostatique à l’aide d’un appareil Autolab (PGSTAT 30 METROHM) sont représentées sur la figure IV-20. Globalement, l’intensité du courant augmente avec le potentiel. Pour les différents systèmes considérés, on peut distinguer sur la courbe I-V trois zones dans le sens des potentiels croissants. Dans la première zone, l’intensité du courant augmente linéairement avec le potentiel transmembranaire et la pente de la droite obtenue est supérieure à celle de la troisième zone ou on assiste également à une augmentation progressive de l’intensité du courant. Une région de courbure existe entre les régions I et III. L’effet de la configuration sur les courbes I-V apparait à partir des tensions assez faibles et la distinction entre les différentes courbes est très claire.

Taux de déminéralisation

L’étude comparative de l’effet configuration sur la performance du procédé d’EDI montre que les taux de déminéralisation des systèmes d’EDI de configurations simples à lit cationique et à lit anionique sont comparables et relativement faibles par rapport à ceux du système d’EDI à lit mélangé (figure IV-21). Car la résine dans ce cas favorise le passage d’un seul type d’ions. Le taux de déminéralisation devient plus important avec l’utilisation d’un lit mélangé. Cependant, aux valeurs de potentiel élevées cet accroissement remarquable du taux de déminéralisation est limité en raison du phénomène de polarisation de concentration qui persiste malgré la présence des résines.
Il est maintenant bien connu qu’un phénomène tel que la dissociation de l’eau est accentué dans les zones de contact des échangeurs d’ions de signes opposés.

Consommation énergétique

Afin de comparer la consommation énergétique des différentes configurations, on considère le rendement électrique ρ exprimé en équivalent gramme de sel éliminé par watt heure dépensé. D’après les résultats de la figure IV-24, les systèmes à lit mélangé et à lit ordonné présentent aux faibles voltages des consommations énergétiques analogues, et qui sont légèrement inferieures par rapport à celles des autres systèmes.
On peut remarquer également qu’aux voltages élevés, le lit ordonné en deux couches de polarité inverse présente un avantage énergétique appréciable par rapport au système à lit mélangé.

Rendement électrochimique

La variation du rendement électrochimique en fonction du voltage appliqué dans les cas des configurations : à lit mélangé et à lit ordonné est représentée par la figure IV-25.
Sur cette figure, on peut observer la similitude des deux courbes tracées. Les résultats montrent que l’augmentation du potentiel entraîne une diminution du rendement électrochimique. Cette diminution s’explique par l’apparition du phénomène de polarisation de concentration qui persiste quel que soit la configuration considérée. En effet la cellule à lit ordonné présente des rendements électrochimiques plus élevés que la cellule à lit mélangé.

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