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Synthèse et étude de matériaux Synthèse et étude de matériaux polyalkylétherimides multiphasés polyalkylétherimides multiphasés
pour la perméation gazeusepour la perméation gazeuse
Synthèse et étude de matériaux Synthèse et étude de matériaux polyalkylétherimides multiphasés polyalkylétherimides multiphasés
pour la perméation gazeusepour la perméation gazeuse
Equipe Membranes, Séparations, Procédés
11
Ecole doctorale RP2E
Thèse effectuée au LRGP par Jacques GRIGNARD sous la direction de Denis ROIZARD et Eric FAVRE
Soutenance de thèse, le 12 Octobre 2010 , ENSIC Nancy
22
CONTEXTECONTEXTE
Activité industrielle liée au développement de nos sociétés conduit à de grands problèmes énergétiques et de pollution
Enjeux situés dans l’optimisation énergétique des procédés
A l’échelle nationale et internationale, la protection de l’environnement est un objectif prioritaire
Méthodes de séparation par membrane sont non-polluantes et économiquement intéressantes
Technologies membranaires dépendent fortement des avancées dans le domaine des matériaux
Optimisation des membranes polymères (copolymères) et conception de nouveaux types de membranes (composites)
Les polyimides sont des polymères de hautes
performances :
- Bonnes propriétés thermiques et mécaniques
- Haute résistance chimique aux solvants
Les polyimides présentent une riche variété de structures
chimiques par modification des monomères de départ
Plusieurs applications :
- Utilisation comme matrice de résine
- Adhésifs
- Des applications de haute performance dans
l'aéronautique, l’électricité, le micro-électronique
- Perméation gazeuse
... 33
INTRODUCTIONINTRODUCTION
L’utilisation de membranes polymères pour des applications de séparation de gaz est très intéressante car elles présentent plusieurs avantages: - Faible encombrement, simplicité de mise en œuvre, efficacité énergétique élevée ...
Différentes applications pour cette technologie : - Récupération H2 à partir de mélanges de CO2, N2 et d'hydrocarbures - Purification du gaz naturel - Séparation du CO2 pour la récupération assistée du pétrole
Les polyimides aromatiques présentent de faibles perméabilités aux gazComment faire pour améliorer les propriétés de perméation de gaz tout en conservant les propriétés des polyimides?
Polyétherimide (PEI) PEI/SiO2 44
INTRODUCTIONINTRODUCTION
Continuité des travaux réalisés auparavant dans les laboratoires de l’ENSIC (e.g. Mohammed KREA sur les PEI)
Préparation de membranes denses pour la séparation de gaz
Bonnes propriétés filmogènes Perméabilités aux gaz élevées Bonnes performances de séparation
Préparation de membranes composites polymère/silice Amélioration des propriétés du matériau Faciliter le transport des gaz à travers les
membranes
Pour cela: Membranes denses polyimides (PEI)
Membranes composites PEI/SiO2
55
Objectifs de thèseObjectifs de thèse
66
Plan de l’exposéPlan de l’exposé
I – Préparation des membranes
II – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transport
IV – Conclusions et perspectives
77
I – Préparation des membranes
88
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
Polyétherimide (PEI) : (réaction dianhydride-diamine)
- Synthèse tribloc entre JEFFAMINE-PMDA-ODA (0,6/1/0,4) : 2 étapes 1ère
étape : Jeff600 + PMDA dans DMF
+ O O
O
O
O
OJeff600 : MW = 600 g.mol-1 ; a+c = 3,6 et b = 9
Agitation 3h25 °C
PMDA : MW = 218 g.mol-1
Acide polyamique intermédiaire
99
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
+
agitation 24h25 °C
12h 80-90 °C (séchage à l’air)Δ 1h 100, 150, 200 °C , -2(n+m) H2O sous vide
Structure chimique des polyétherimides (PEI)
Structure chimique de l’acide polyamique (APA)
2ème étape : Jeff600-PMDA + ODA dans DMF
ODA : MW = 200 g.mol-1
PEOPPO PPO
1010
Membrane composite PEI/SiO2 :
Deux méthodes :
Ajout dans une solution d’APA de nanoparticules de silice préformées de différente nature
HOHO
HOHO
HH33CC CHCH33
Si SiSilice hydrophobeSilice hydrophile
SBET = 200 m².g-1
Ø = 12 nm
SBET = 110 m².g-1
Ø = 16 nm
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
L'incorporation in situ de la silice par le procédé Sol-Gel en utilisant le tétraéthylorthosilicate (TEOS) et le tetraméthylorthosilicate (TMOS) Si(OCH3)
4
Si(OCH2CH3)
4
Réactions d'hydrolyse (1) et de condensation (2) du procédé Sol-Gel.1111
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
Si ORRO
OR
ORSi OHRO
OR
OR
Si OHRO
OR
OR
Si OROH
OR
OR
Si ORO
OR
OR
Si OR
OR
OR
+ H2O + ROHcatalyse acide
ou basique
(1) Réaction d'hydrolyse
(2) Réaction de condensation
+ H2O+
1212
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
Solution APA
TMOS ou
TEOS
6 h
80 °C
moule téflonou inox
évaporation DMF
cyclodéshydratation thermique
MembranePEI/SiO2
Processus de préparation des membranes composites PEI/SiO2 par la méthode Sol-Gel
Solution APA/alcoxysilane chauffée à 80 °C pendant 6 heures
Pour limiter la perte en alcoxysilane pendant la préparation des membranes
sans H2O
1313
II – Caractérisations des membranes
1414
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
Protocole de synthèse :
- Mesures de viscosité
- Analyses IRTF-ATR
- Calorimétrie différentielle à balayage (DSC)
- Analyse thermogravimétrique (ATG)
Membranes PEI :
- Analyse thermogravimétrique (ATG)
- Tests mécaniques
Temps nécessaire pour la polymérisation :
Jeff600-PMDA
Jeff600-PMDA-ODA
3 heures
24 heures
1515
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
Synthèse de l’acide polyamique (APA)
Jeff600-PMDA-ODA
Jeff600-PMDA ODA
Viscosité intrinsèque (dL/g) en fonction du temps de polymérisation (h)
1616
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
Traitement thermique : APA PEI
Degrés de cyclisation par IRTF-ATR
- 1500 cm-1 : absorption cycle aromatique- 1380 cm-1 : absorption groupe imide- Asymptote vers 180 °C (TC = 1)- Cyclisation complète de l’APA pour obtenir
le PEI
Nombre d’onde (cm-1)
Ab
sorb
ance
(u
.a.)
80°C
100 °C
130 °C
200 °C
150 °C
180 °C
1500 1380
)1500(/)1380(
)1500(/)1380(
PIPI
TTT AA
AATC
1717
- 2ème cycle de chauffe : absence de pic endothermique
Le protocole de préparation des PEI est validé par des mesures de viscosité, l’ATG, la DSC et des analyses IRTF-ATR.
- Cyclisation totale achevée à 200 °C
Analyse thermogravimétrique
1717
Calorimétrie différentielle à balayage
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
1er cycle
2ème cycle
12
3
4
1818
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
Membranes PEI Analyse thermogravimétrique
(ATG)
Jeff600-06Jeffamine600/PMDA/ODA
(0,6/1/0,4)
La dégradation thermique est plus élevée avec le taux de Jeff600
(1) Kapton (PMDA-ODA)
(2) Jeff600-04
(3) Jeff600-05
(4) Jeff600-06
1
2
43
bloc souple
bloc rigide
1919
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
Tests mécaniques (mesures contrainte-allongement)
PEI Jeff600(% en
masse)
Module de Young (GPa)
Contrainte à la rupture
(MPa)
Allongement à la
rupture (%)
KAPTON - 1,4 66,8 16
Jeff600-04 44 0,25 35,9 285
Jeff600-05 52 0,1 15,7 287
Jeff600-06 58 0,025 6,9 303
Le module de Young et la contrainte à la rupture diminuent tandis que l’allongement à la rupture augmente avec le taux en Jeff600
Plus la teneur en Jeff600-06 est élevée plus le matériau a des propriétés d’élastomère
2020
Protocole de préparation :
- Mesures de viscosité
- Analyse thermogravimétrique (ATG)
Membranes PEI/SiO2 :
- Microscopie électronique à balayage (MEB)
- Microscopie électronique à transmission (MET)
- Analyse thermogravimétrique (ATG)
- Tests mécaniques
- Calorimétrie différentielle à balayage (DSC)
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
La perte de masse lors de la cyclodéshydratation est moins importante pour les matériaux composites 2121
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
Temps nécessaire pour l’hydrolyse de l’alcoxysilane est de 6 heures
Analyse thermogravimétrique
Viscosité intrinsèque
Solution APA + 20% wt. TMOS à 80 °C
APA + 20% TEOS
APA + 20% TMOS
APA
94%93%
89%
Membranes composites PEI/SiO2
Morphologies des membranes PEI/SiO2 : MEB
- Distribution homogène des nanoparticules de silice- In situ Sol-Gel -> microparticules de silice de 1 à 3 µm
10% wt. SiO2 16 µm
8% wt. SiO2 16 nm
10% wt. TEOS 10% wt. TMOS
2222
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
8% wt. SiO2 12 nm
Sédimentation rapide
2323
Morphologies des membranes PEI/SiO2 : MET
8% wt. SiO2 16 nm8% wt. SiO2 12 nm
15% wt. SiO2 16 nm
15% wt. SiO2 16 nm
10% wt. TEOS
2323
10% wt. TMOS
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
- 8% wt. -> Particules hydrophiles bien distribuées, particules hydrophobes regroupées en nanoclusters - In situ procédé Sol-Gel -> micro- et nanoparticules de silice
2424
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
Analyse thermogravimétrique (ATG)
Stabilité thermique augmente faiblement avec le taux de silice incorporé
(de 0 à 15%) Effet des particules de silice sur la dégradation
finale du PEI, on passe de 77 à 66% pour les
matériaux PEI_hb et de 77 à 70% pour les matériaux
PEI_TM
Comportement thermique moins
marqué en comparaison avec d’autres
matériaux PI/SiO2
2525
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
Module de Young Contrainte à la rupture
Elongation à la rupture Le module de Young et la contrainte à la rupture augmentent avec %SiO2
L’effet de SiO2 sur l’allongement à la rupture est différent selon le mode de préparation des matériaux composites
Tests mécaniques (mesures contrainte-allongement)
2626
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- membranes polyétherimides (PEI)B- membranes composites PEI/SiO2
Calorimétrie différentielle à balayage (DSC)Membrane
% SiO2
(% masse)
Tg (°C)
Membrane% SiO2
(% masse)
Tg (°C)
PEI (Jeff600-PMDA-ODA 0,6/1/0,4)
- -25JEFFAMINE®
ED-600 (Jeff600)
- -70
PEI + SiO2
hydrophile 12 nm
2 -24,8 PEI + SiO2 (à
partir de TMOS)
2 -23,88 -23,4 8 -21,7
15 -23,1 15 -21,3
PEI + SiO2
hydrophobe 16 nm
2 -24,6PEI + SiO2 (à
partir de TEOS)
2 -19,48 -24,1 8 -23,4
15 -23,9 15 -18,5 La température de transition vitreuse ne varie que faiblement avec l’incorporation de particules de silice Tg varie davantage pour les matériaux composites préparés à partir du procédé Sol-Gel
2727
III – Propriétés de transport
2828
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Transport des gaz dans des membranes
denses
Mécanisme de Solution-Diffusion
P2 P1
Aval
L
c2=S*P2
Sorption
Diffusion
c1=S*P1
Désorption
Amont
2929
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Transport des gaz dans des membranes composites PEI/silice
Mécanisme de transport dépend de plusieurs paramètres (fraction volumique, facteur de forme, cohésion entre les deux phases, ….)
Gaz
3030
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Montage expérimental de perméation gazeuseMontage expérimental de perméation gazeuse
3131
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Méthode de mesure du temps retard
(time-lag)
membranemembrane
Baratron
gaz
Aval
Amont
membrane
sortie
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Pdowstream(mbar)
Time (s)
dP/ dt
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Pdowstream(mbar)
Time (s)
dP/ dt
- Temps retard () Diffusion (D) = L2/(6) où L est l’épaisseur du film.
- Perméabilité (℘) dépend de la pente dP/dt.
- Solubilité (S) = ℘/D.
Paval (mbar)
dP/dt
Temps (s)
Θ
MembraneT
(°C)
℘( CO2) (Barrer
)
℘ (N2) (Barrer)
α(CO2/N2)Référence
s
Jeff600-0625 100 1,9 53
Ce travail35 153 3,8 40
Kapton (PI) 35 1,14 0,05 23 [1]
Matrimid 5218 (PI)
35 10 0,3 33 [2]
BPDA-ODA (PEI) (62,3% PEO)
35 117 2,3 51 [3]
3232
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Coefficients de perméabilité (cas du N2 et CO2)
[1] M. Smaihi, J.-C. Schrotter, C. Lesimple, I. Prevost, C. Guizard, J. Membr. Sci. 161 (1999), p. 157-170[2] D. Q. Vu, W. J. Koros, S. J. Miller, J. Membr. Sci. 211 (2003), p. 311-334[3] H. Lin, B. D. Freeman, J. Membr. Sci. 239 (2004), p. 105-117
Perméabilités fortement supérieures à celles des polyimides aromatiques
Permsélectivités élevées dues à la forte solubilité du CO2
(1 Barrer= 10-10 Ncm3.cm/(cm2.s.cmHg) = 0,75.10-7 Nm3.m/m2.s.Pa (SI))
3333
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Jeff600-06 :
la perméabilité diminue puis elle augmente avec le diamètre de collision des gaz Comportement d’un matériau élastomère
Coefficients de perméabilité Kapton :
la perméabilité diminue avec le diamètre cinétique des gaz testés
Comportement d’un polymère vitreux
3434
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Jeff600-06 :la diffusion des gaz diminue avec le diamètre cinétique
Coefficients de
diffusion
Kapton : la diffusion des gaz diminue avec le diamètre cinétique
3535
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Coefficients de solubilité
Le coefficient de solubilité des deux polymères augmente avec le coefficient de force de Lennard-Jones Contrairement à l’intuitif SKapton® > SJeff600-06
3636
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Energie d’activation de perméabilité Eap
Eap du Jeff600-06 plus forte que pour le Kapton
Eap des deux polymères augmente avec la
température
3737
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Energie d’activation de diffusion Ead Ead du Kapton tend à augmenter avec le diamètre cinétique
Ead du Jeff600-06 augmente pour les gaz permanents
L’affinité du Jeff600-06 pour le CO2 diminue Ead
3838
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Energie d’activation - bilanEnergie d’activation
(kJ/mol)N2 CO2 Références
Jeff600-06Eap 53,7 26,2
Ce travailEad 98 42
PM-ODA /PEO2(75)Eap 46 27
[6]Ead 43 42
(PEO600/T)5000-T6T6T Eap 44 24 [7][6] K.-I. Okamoto, M. Fujii, S. Okamyo, H. Suzuki, K. Tanaka, H. Kita, Macromolecules 28 (1995), p. 6950-6956[7] D. Husken, T. Visser, M. Wessling, R. J. Gaymans, J. Memb. Sci. 346(2010), p. 194-201
Eap et Ead du CO2 sont comparables aux valeurs de la littérature avec des matériaux de structures chimiques similaires
3939
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Coefficients de perméabilité (cas du N2 et
CO2)
[4] C. Joly, S. Goizet, J. C. Schrotter, J. Sanchez, M. Escoubes, J. Membr. Sci. 130 (1997), p. 63-74[5] C. Hibshman, C. J. Cornelius, E. Marand, J. Membr. Sci. 211 (2003), p. 25-40
Effet des particules de SiO2 : les interactions PEI/SiO2 hydrophobes favorisent la perméation gazeuse
MembraneT
(°C)℘ (CO2) (Barrer) ℘ (N2) (Barrer) α (CO2/N2)
Références
Jeff600-06 (PEI) 25 100 1,9 53
Ce travailPEI_hb_8 25 124 2,1 59
PEI_hl_8 25 91 1,7 54
PMDA-ODA + 30% SiO2 (en masse) 25 2,8 0,1 28 [4]
6FDA-6FpDA + 12,5% SiO2 (en
volume)35 78 4 20 [5]
4040
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Coefficients de
perméabilité
Même comportement des coefficients de perméabilité de Jeff600-06 et des composites en fonction du Dk des gaz testés
4141
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Energie d’activation de perméabilité
Eap
Eap des matériaux composites sont plus faibles que celles du Jeff600-06 sauf dans le cas du CO2
4242
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Energie d’activation de perméabilité Ead
Ead plus élevées pour les Jeff600-06 que pour les composites
4343
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Effet du taux de SiO2 incorporé
Relation de Maxwell :
2
2
5,1
1
SiO
SiOpolyhyb O
4444
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Relations perméabilité/sélectivité
Séparations :
- CO2/N2 : fumées post-combustion- CO2/CH4 et N2/CH4: purification gaz naturel
4545
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- mécanismes de transport B- montage expérimental
C- perméation Jeff600-06 et KaptonD- perméation composites PEI/SiO2
Relations perméabilité/sélectivité
Membranes Jeff600-06 et composites ont des performances de perméation gazeuse très intéressantes pour la séparation CO2/N2
4646
IV – Conclusions et perspectives
Les mesures de viscosité, les analyses par IRTF-ATR, DSC et ATG ont permis de valider le protocole de synthèse pour obtenir des PEI élastomères avec de bonnes propriétés filmogènes
Distribution homogène dans la matrice polymère PEI. L’incorporation in situ par le procédé Sol-Gel permet d’obtenir des micro- et nanoparticules de silice
Les membranes composites PEI/silice avec de la silice hydrophobe présentent de meilleures propriétés mécaniques et de perméation comparées à la silice hydrophile.
4747
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- ConclusionsB- Perspectives
CONCLUSIONSCONCLUSIONS
Les membranes présentent de fortes permselectivités dues à une forte solubilité par la présence de groupements polyéthoxy (-OCH2CH2-)n dans la structure segmentée du PEI ( ex. > PEBAX)
Les valeurs de perméation sont fortement élevées par rapport aux polyimides aromatiques et aux matériaux composites PI/silice (littérature)
La relation de Maxwell ne peut pas s'appliquer à nos matériaux du fait des interactions entre polymère/silice qui ne sont pas prises en compte.
La relation entre la perméabilité et la sélectivité montre que les membranes PEI et PEI/SiO2 sont intéressantes pour la séparation du CO2 notamment pour le couple CO2/N2
4848
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- ConclusionsB- Perspectives
CONCLUSIONSCONCLUSIONS
49494949
I – Préparation des membranesII – Caractérisations des membranes
III – Propriétés de transportIV – Conclusions et perspectives
A- ConclusionsB- Perspectives
PERSPECTIVESPERSPECTIVES
Bonnes propriétés mécaniques et filmogènes des polymères : préparation de membranes composites de couche active très mince et des fibres creuses
Utilisation de silice poreuse pourrait améliorer le mécanisme de transport des gaz à travers les membranes en facilitant notamment la diffusion
Utilisation d’amines aliphatiques avec des masses moléculaires plus importantes afin d’augmenter l'affinité du polymère pour des gaz tels que le CO2
Former des liaisons covalentes entre le polymère et la silice afin d’améliorer la cohésion entre ces deux phases
Je vous remercie de votre attention !
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