MEMBRANES, transferts
Membranes méso- et microporeuses
On appelle membranes méso- et microporeuses celles dont les diamètres des pores sont compris, respectivement, entre 1 et 100 nanomètres (1 nm = 10—9 m) et entre 0,1 et 10 micromètres (1μm = 10—6 m). Leur pouvoir sélectif est lié à la dimension de leurs pores. Le coefficient de partage des solutés ayant un diamètre supérieur à celui des plus gros pores de la membrane sera nul, tandis que les solutés beaucoup plus petits que les pores auront un coefficient de partage lié à la porosité de la membrane. Pour les solutés dont le diamètre est peu inférieur à celui des pores, le coefficient de partage sera compris entre ces deux valeurs.
Dialyse moléculaire
La mise à l'équilibre se fait par transfert de solutés ; dans ce cas, il n'y a pas de transfert de solvant et celui du soluté se fait sous la seule action du gradient de concentration. La sélectivité de la séparation est liée à la différence entre les conductances de transfert de chaque particule. Le coefficient de partage entre la membrane et la solution est lié au rapport entre la dimension des particules et celle des pores qui constitue le facteur principal de sélectivité de ce type de membrane.
Le flux de chaque soluté est fonction du coefficient de transfert global et du gradient de concentration de chacun d'eux. D'une façon générale, les petites particules traversent la membrane tandis que les plus grosses sont retenues.
Rein artificiel
Encyclopædia Universalis France
La principale application de la dialyse moléculaire est l' hémodialyse, ou rein artificiel, qui permet le transfert et l'élimination sélective de l'urée, qui est une petite molécule par rapport aux protéines et autres composants organiques du sang.
Pour ne pas perdre les sels minéraux contenus dans le sang, la solution de dialyse vers laquelle l'urée va diffuser doit contenir les mêmes sels minéraux à la même concentration que dans le sang, ce qui évite leur transfert.
La dialyse moléculaire est également utilisée pour le dessalement de solutions moléculaires et en biotechnologie.
Ultra- et microfiltration
Pour améliorer les cinétiques de séparation, on apporte une énergie supplémentaire par application d'une pression. Cela a pour effet de provoquer le transfert du solvant accompagné du transfert sélectif d'une partie des solutés en fonction du pouvoir de rétention de la membrane.
Ultrafiltration
Encyclopædia Universalis France
Un module d'ultra- ou de microfiltration comporte donc une arrivée de solution à traiter, une sortie de solution concentrée (concentrat ou rétentat) et une sortie de solution épurée (filtrat ou perméat).
Les pores de la membrane sont recouverts d'une couche d'eau adsorbée dont l'épaisseur est fonction des propriétés hydrophiles de la membrane ; cette épaisseur reste négligeable par rapport au diamètre des pores en microfiltration, mais devient importante en ultrafiltration, au fur et à mesure que le diamètre des pores diminue.
La sélectivité de la membrane est liée à la dimension de ses pores :
– en microfiltration, on caractérise généralement cette sélectivité par le diamètre de pores ;
– en ultrafiltration, on préfère utiliser le « seuil de coupure » qui correspond à la masse molaire au-delà de laquelle tous les solutés sont arrêtés.
On définit alors un coefficient de rétention R tel que :
Le coefficient de partage, responsable de la sélectivité, est fonction de la porosité de la membrane et de la sélectivité de celle-ci vis-à-vis des matières à séparer, cette sélectivité étant liée au rapport entre le diamètre des pores et celui des particules.
La différence entre ultra- et microfiltration est relativement arbitraire ; on considère généralement que la microfiltration correspond à des diamètres de pores allant de 0,1 à 10 μm et l'ultrafiltration à des diamètres de 1[...]
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Écrit par
- Michel RUMEAU : Professeur, Institut des sciences de l'ingénieur de Montpellier (II.S.I.M.), université Montpellier-II (UM2)
Classification
Médias
États-Unis : capacités de dessalement par électrodialyse et par osmose inverse
Encyclopædia Universalis France
Profil de concentration lors de la dialyse
Encyclopædia Universalis France
Coefficient de transfert
Encyclopædia Universalis France
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