Contribution of polyhydroxyalkanoates (PHA) for the development of membrane materials intended for liquid phase separations
Contribution des polyhydroxyalcanoates (PHA) dans l'élaboration de matériaux membranaires pour des séparations en phase liquide
Résumé
The use of membrane filtration is now widely implemented in the separation processes and is used in a large range of application sectors, such as the water treatment, the pharmaceutical or the food industries. Among the separation technologies, membrane filtration has the advantages to be energy-efficient, to not require any additional chemicals and to be easily scalable. However, the commonly phase inversion processes used to fabricate polymeric membranes can be considered as harsh for the environment. Thus, they require the use of fossil-based polymers, known to cause the depletion of non-renewable resources and environmental pollutions, and also request large amount of toxic solvents. The objective of this study is to fabricate more sustainable membranes. Herein, the poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) has been used as biobased and biodegradable membrane material. Different phase inversion techniques have been studied. The membranes have been prepared either by evaporation induced phase separation or by non-solvent induced phase separation. The biopolymer-based membranes were successfully produced using a green solvent (the Cyrene™). By studying the effects of the dope solution composition and fabrication parameters, the membrane microstructure has been tailored. The membranes show interesting performances related to microfiltration and pervaporation applications.
Les procédés membranaires sont aujourd'hui largement utilisés dans différents secteurs d'application, comme le traitement de l'eau ou les industries pharmaceutique et agroalimentaire. En comparaison aux autres technologies de séparation, la filtration membranaire a l'avantage d'être économe en énergie, de ne pas nécessiter l'utilisation de produits chimiques supplémentaires et d'être facilement mise à l'échelle du procédé. Cependant, les procédés d'inversion de phase, couramment utilisés pour la fabrication de membranes polymères, sont souvent nocifs pour l'environnement. En effet, ils utilisent majoritairement des polymères issus de ressources fossiles, aussi connus pour être la cause de pollutions environnementales, et requièrent des quantités importantes de solvants toxiques. Cette thèse vise à contribuer au développement de membranes plus respectueuses de l'environnement. Ici, le poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) a été utilisé comme matériau membranaire biosourcé et biodégradable. Les membranes ont été fabriquées au moyen de différentes techniques, l'inversion induite par évaporation du solvant et l'inversion de phase inuite par addition d'un non-solvant. Les membranes en biopolymère ont été fabriquées avec succès en utilisant un solvant vert (le Cyrène™). Grâce à l'étude de l'influence de la composition du collodion ainsi que de celle des paramètres de mise en oeuvre, la microstructure membranaire a pu être contrôlée. Les membranes montrent des performances prometteuses pour des applications en microfiltration et pervaporation.
Origine : Version validée par le jury (STAR)