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RÉSUMÉ
Le terme « électrodialyse » désigne le transfert d’ions à travers des membranes sous l’effet d’un champ électrique. Cette technique, tout d’abord mise au point pour le dessalement de l’eau de mer, remplace de plus en plus des procédés physico-chimiques beaucoup plus polluants, comme l’extraction liquide-liquide ou l’échange d’ions sur résine. Pour commencer, cet article aborde la mise en œuvre de l’électrodialyse. Est décrit ensuite le phénomène de transfert de matière en électrodialyse, puis le dimensionnement d’une installation, avant d’exposer quelques applications en industrie agroalimentaire, en chimie et en pharmacie.
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Lire l’articleAuteur(s)
-
Hélène ROUX de BALMANN : Directeur de recherche au CNRS
-
Ernest CASADEMONT : Ingénieur de recherche au CNRS - Laboratoire de Génie chimique-UMR 5503 (Toulouse)
INTRODUCTION
C’est pour faire face à des besoins en eau potable au Japon, en particulier, que l’électrodialyse a été développée en tant que procédé de dessalement de l’eau de mer à l’échelle industrielle. Au-delà du domaine du traitement de l’eau, de nouvelles applications ont ensuite été développées, comme la déminéralisation du lactosérum, qui représente une part importante de la surface installée. Les problèmes liés à la réduction de l’impact environnemental des procédés de production offrent des perspectives encore plus vastes pour des procédés physiques comme l’électrodialyse, vis-à-vis de procédés physico- chimiques, comme l’extraction liquide-liquide, la précipitation ou l’échange d’ions sur résine, plus polluants. En outre, la possibilité de réaliser une déminéralisation sélective, c’est-à-dire accompagnée d’une purification, devrait également ouvrir des perspectives de marché.
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Mise en œuvre de l’électrodialyseArticle inclus dans l'offre
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2. Membranes d’électrodialyse
On distingue deux types de membranes : les membranes échangeuses d’ions (MEI) et les membranes bipolaires (MB).
Ces deux types de membranes sont utilisés pour effectuer différentes transformations, selon la configuration des empilements mis en jeu 3. Les MEI sont parfois qualifiées de membranes homopolaires, par opposition aux membranes bipolaires MB.
2.1 Membranes échangeuses d’ions
2.1.1 Définition. Classification
Les membranes échangeuses d’ions permettent le transfert sélectif d’espèces chargées selon leur signe de charge, transfert de cations dans le cas des membranes échangeuses de cations (MEC), transfert d’anions dans le cas des membranes échangeuses d’anions (MEA).
Le transfert sélectif des espèces chargées s’effectue suivant un mécanisme d’échange d’ions de site en site entre les ions de la solution et les contre-ions de la membrane (figure 1). Ainsi, par exemple, les MEC portent des groupements fonctionnels de charge négative. Ces mécanismes d’échange d’ions, et donc la nature chimique des matériaux constituant les MEI, sont très proches de ceux des résines échangeuses d’ions [2].
Il existe également, depuis peu, des membranes homopolaires, MEC ou MEA, sélectives, c’est-à-dire présentant un transfert sensiblement plus faible pour les ions multivalents que pour les ions monovalents de même signe de charge.
HAUT DE PAGE2.1.2 Différents types de membranes et fabrication
Les MEI peuvent...
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Membranes d’électrodialyse
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SHAPOSHNIK (V.A.), KESORE (K.) - An early history of electrodialysis with permselective membranes. - Journal of Membrane Science, 136, p. 35-39 (1997).
-
(2) - De DARDEL (F.) - Échange d’ions. Principes de base. - Techniques de l’Ingénieur. (F). J 2 783 Génie des procédés (1998).
-
(3) - STRATHMANN (H.), KROL (J.J.), RAPP (H.J.), EIGENBERG (G.) - Limiting current density and water dissociation in bipolar membranes. - Journal of Membrane Science, 125, p. 123-142 (1997).
-
(4) - SARACCO (G.) - Transport properties of monovalent-ion-permselective membranes. - Chemical Engineering Science, 52, no 17, p. 3019-3031 (1997).
-
(5) - DONNAN (F.G.) - Theory of membrane equilibria and membrane potentials in the presence of non-dialysing electrolytes. A contribution to physico-chemical physiology. - Journal of Membrane Science, 100, p. 45-55 (1995).
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ANNEXES
* - (liste non exhaustive)
VERA CALLE (E.R.) - Désacidification de jus de fruit par électrodialyse. - Université Montpellier 2 (2004).
JACQUET VIOLLEAU (V.) - Déminéralisation par électrodialyse en présence d’un complexant. Application au lactosérum. - Institut polytechnique de Toulouse (2004).
BEN ALI (M.A.) - Traitement d’un effluent contenant du nitrate d’ammonium par électrodialyse à membrane bipolaire. - École Centrale de Paris (2002).
BAILLY (M.) - Stratégie de dimensionnement de procédés de production d’acides organiques intégrant des étapes électromembranaires. - Université Paul-Sabatier Toulouse (2000).
HAUT DE PAGE2 Caractéristiques des membranes d’électrodialyse
Les propriétés des membranes « standards » échangeuses d’ions (MEI) sont données dans le tableau 1 ; celles des membranes spécifiques sont présentées dans le tableau 2.
Se reporter au paragraphe 2.1.3 du dossier pour de plus amples reinseignements.
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