Brevet FR2911799A1 — publié le 20080801

L'invention concerne un milieu de filtration d'un fluide contenant des molécules d'un acide de Lewis, un procédé de fabrication d'un tel milieu ainsi qu'un procédé d'élimination de l'acide borique d'une solution aqueuse au moyen d'un tel milieu de filtration. L'invention s'applique en particulier au domaine de la purification de l'eau en permettant d'éliminer l'acide borique qui est présent en solution. Par exemple, l'acide borique est présent en faible quantité dans l'eau de mer et, pour des raisons sanitaires, il convient d'éliminer ledit acide lors du processus de dessalement en vue de rendre ladite eau potable. Pour ce faire, on connaît principalement les deux types de techniques suivantes : - par complexation de l'acide borique sur du charbon actif ou des résines échangeuses d'ions en augmentant le pH de la solution à traiter dans le but de créer des espèces chargées H2B03 . En outre, du fait de leur coût, les agents complexant sont régénérés ce qui complique le processus ; - par osmose inverse dont les performances dépendent de façon importante de la composition ionique de l'eau. L'invention vise à résoudre les limitations de l'art antérieur en proposant notamment un milieu de filtration qui permet d'éliminer un acide de Lewis dans un fluide sans nécessiter un traitement préalable particulier dudit fluide, notamment sans ajout de composés réactifs acides et/ou basiques. En outre, du fait de sa facilité de fabrication et de son faible coût, le milieu filtrant peut être de type jetable après utilisation. A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un milieu de filtration d'un fluide contenant des molécules d'un acide de Lewis, ledit milieu comprenant un substrat textile poreux au fluide sur lequel sont greffées des molécules comprenant au moins un groupement présentant les propriétés d'une base de Lewis, de sorte à permettre la rétention des molécules dudit acide de Lewis dans le substrat textile par complexation avec les groupements greffés. 2 Selon une réalisation, le greffage des molécules base de Lewis est réalisé par pontage avec des molécules tensioactives, les molécules base de Lewis comportent en outre au moins un groupement réactif sous rayonnement ionisant et les molécules tensioactives comportent au moins deux types de groupements réactifs sous rayonnement ionisant. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de fabrication d'un 1:el milieu de filtration, ledit procédé prévoyant : - d'imprégner le substrat avec une solution de la molécule base de Lewis, ladite solution comprenant en outre des molécules tensioactives qui sont aptes à améliorer la mouillabilité du substrat textile par ladite solution, d'appliquer un rayonnement ionisant sur le substrat textile imprégné pour, par réaction des groupements réactifs, assurer le greffage des molécules base de Lewis par pontage avec les molécules tensioactives. Selon un troisième aspect, l'invention propose un procédé d'élimination de l'acide borique d'une solution aqueuse, ledit procédé prévoyant de faire passer ladite solution au travers d'un milieu de filtration, de sorte à permettre la rétention de l'acide borique dans ledit milieu par complexation dudit acide avec les groupements base de Lewis greffés. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit de différents modes de réalisation particuliers. L'invention concerne un milieu de filtration d'un fluide contenant des molécules d'un acide de Lewis, en particulier d'une solution aqueuse contenant notamment de l'acide borique. 30 Dans un exemple de réalisation, le fluide est de l'eau de mer qui comprend typiquement de l'ordre de 5 mg/I d'acide borique. Le milieu de filtration est agencé pour permettre l'élimination dudit acide borique de sorte, en combinaison avec un traitement de dessalement connu, à rendre ladite eau25 3 potable pour la consommation humaine. Selon les législations européenne et française, la quantité maximale de bore dans une eau destinée à la consommation humaine est de 1 mg/l. Par conséquent, dans le cadre de l'invention, la notion d'élimination de l'acide borique par filtration s'entend pour une quantité de bore présent dans le filtrat qui est au plus égale à cette valeur, en particulier inférieure à 0,1 ppm. Le milieu de filtration comprend un substrat textile poreux au fluide de sorte à permettre le passage dudit fluide au travers de lui lors de la filtration. Selon une réalisation, le substrat textile est à base de fibres en matériau polyoléfinique, notamment en polypropylène qui présent les avantages d'une bonne résistance rnécanique, d'une inertie chimique et d'un faible coût. Par exemple, le substrat peut comprendre une nappe de non tissé. En variante, le substrat textile peut étre formé d'au moins une couche tissée ou tricotée. Par ailleurs, des molécules comprenant au moins un groupement présentant les propriétés d'une base de Lewis sont greffées sur le substrat textile. On rappelle qu'un acide de Lewis est une molécule susceptible d'accepter un doublet électronique en ayant une orbitale vide, et qu'une base de Lewis est un donneur de doublet électronique en ayant un doublet libre. En particulier, les groupements greffés peuvent comporter un atome d'azote et/ou un atome d'oxygène dont le doublet électronique est libre. Selon des réalisations, les groupements greffés sont choisis dans le groupe comprenant les groupements amines, les groupements alcools et les groupements carbonyles. Ainsi, par passage du fluide au travers du substrat textile, on permet la rétention des molécules acide de Lewis dans ledit substrat par complexation avec les 30 groupements base de Lewis qui y sont greffés. En variante, on peut prévoir que le substrat textile soit à base de fibres réalisées en un matériau présentant des atomes donneur de doublet 4 électronique, par exemple réalisées en cellulose ou en polyvinyl alcool qui comportent la fonction alcool. Dans ces cas, le greffage à pour but de renforcer le caractère base de Lewis du substrat textile afin d'améliorer sa capacité de rétention de l'acide de Lewis. Par ailleurs, on peut prévoir que le substrat textile soit greffé avec d'autres groupements fonctionnels, par exemple bactériostatiques, virucides ou échangeurs d'ions, de sorte à procurer une fonction supplémentaire au milieu filtrant. 10 Selon une réalisation, le greffage des molécules base de Lewis est réalisé par pontage avec des molécules tensioactives, ce qui permet notamment de fiabiliser le greffage et d'augmenter la quantité de groupements greffés. 15 Pour ce faire, les molécules base de Lewis peuvent comporter en outre au moins un groupement réactif sous rayonnement ionisant et les molécules tensioactives peuvent comporter au moins deux types de groupements réactifs sous rayonnement ionisant, lesdits groupements pouvant être identiques ou différents les uns des autres. 20 Les groupements réactifs peuvent comprendre une liaison insaturée qui, sous l'effet du rayonnement ionisant, forme un radical libre réactif. En particulier, les groupements réactifs sous rayonnement ionisant sont choisis dans le groupe comprenant les groupements hydroxyles, carboxyles, carbonyles, acrylates, 25 méthacrylates, allyles, amines, amides, imides, uréthanes. Dans des exemples de réalisation, la molécule base de Lewis est un dialkylaminoalkyl méthacrylate (notamment le diméthylaminoéthyl méthacrylate) ou un méthacrylatealkyl trialkyl ammonium (notamment l'acryloxyéthyltriméthyl 30 ammonium). La molécule tensioactive est choisie dans le groupe comprenant les diacrylates, notamment les polyéthylènes glycols diacrylates (PEG DA), et les triacrylates, notamment les triméthylolpropanes triacrylates éthoxylés. En5 particulier, avec des fibres en polypropylène, le triméthylolpropane triacrylate éthoxylé 20 est particulièrement adapté. On décrit ci-dessous un procédé de fabrication d'un milieu de filtration en 5 utilisant des molécules selon ces exemples de réalisation. Le procédé prévoit d'imprégner le substrat textile avec une solution de la molécule base de Lewis. En fonction de la solubilité de la molécule, la solution peut se présenter au moins partiellement sous la forme d'une émulsion. Selon une réalisation, l'imprégnation est réalisée par foulardage, le substrat textile imprégné étant séché préalablement à l'application du rayonnement ionisant. 15 La solution peut comprendre d'autres agents, notamment destinés à améliorer la solubilité des molécules et/ou la stabilité de ladite solution. En outre, dans le cas où d'autres groupements fonctionnels doivent être greffés sur le substrat textile, la solution comprend également les molécules correspondantes. 20 Le procédé prévoit, pour améliorer la mouillabilité du substrat textile par la solution, que ladite solution comprenne en outre les molécules tensioactives. Ainsi, en améliorant l'affinité entre la solution et les fibres du substrat textile, le procédé permet de greffer des substrats textiles même lorsqu'ils sont à base de fibres synthétiques présentant une hydrophobie importante. 25 En particulier, la nature et la quantité des molécules tensioactives dans la solution sont prévues pour que la tension de surface de la solution soit analogue à celle des fibres. Ainsi, le substrat textile peut être imprégné avec un grand volume de solution, de sorte à augmenter la densité de groupements 30 base de Lewis qui sont greffés sur le substrat textile. Ensuite, par application d'un rayonnement ionisant sur le substrat textile imprégné, la réaction des groupements réactifs assure le greffage des10 6 molécules base de Lewis par pontage avec les molécules tensioactives. En effet, les réactions des groupements réactifs permettent de relier les molécules tensioactives aux fibres ou entre elles, ainsi que les molécules base de Lewis aux molécules tensioactives ou directement aux fibres. II se crée ainsi un réseau entre les fibres et les molécules qui est particulièrement résistant relativement aux contraintes chimiques et mécaniques que le milieu de filtration aura à subir dans le cadre de son utilisation. Selon une réalisation, le rayonnement ionisant est bombardement électronique dont la puissance et la durée peuvent être modulées pour activer les groupements réactifs de façon optimale. Par ailleurs, le procédé de greffage est particulièrement modulable en ce que la nature de la molécule tensioactive est choisie en fonction du substrat textile, notamment en fonction de sa tension de surface. Après l'application du rayonnement ionisant, le substrat textile peut être lavé puis séché ou subir d'autres traitements nécessaires à son utilisation ultérieure. En outre, préalablernent au greffage, le substrat textile peut subir des traitements particuliers, notamment pour améliorer sa cohésion et/ou sa mouillabilité et/ou sa porosité. L'utilisation d'un substrat textile selon l'invention permet de mettre en oeuvre un procédé d'élimination de l'acide borique d'une solution aqueuse. Le procédé prévoit de faire passer ladite solution au travers du milieu de filtration de sorte à permettre la rétention de l'acide borique dans le milieu par complexation dudit acide avec les groupements base de Lewis greffés. En particulier, il est possible d'ajuster l'épaisseur du substrat textile pour obtenir la concentration en bore souhaité dans le filtrat. En outre ou en variante, il est également possible d'empiler plusieurs milieux filtrants pour augmenter la quantité d'acide borique retenue. REVENDICATIONS 1. Milieu de filtration d'un fluide contenant des molécules d'un acide de Lewis, ledit milieu comprenant un substrat textile poreux au fluide sur lequel sont greffées des molécules comprenant: au moins un groupement présentant les propriétés d'une base de Lewis, de sorte à permettre la rétention des molécules dudit acide de Lewis dans le substrat textile par complexation avec les groupements greffés. 2. Milieu de filtration selon la revendication 1, dans lequel le substrat textile est à base de fibres en matériau polyoléfinique. 3. Milieu de filtration selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les groupements greffés comportent un atome d'azote et/ou un atome d'oxygène 15 dont le doublet électronique est libre. 4. Milieu de filtration selon la revendication 3, dans lequel les groupements greffés sont choisis clans le groupe comprenant les groupements amines, les groupements alcools et les groupements carbonyles. 5. Milieu de filtration selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le greffage des molécules base de Lewis est réalisé par pontage avec des molécules tensioactives. 25 6. Milieu de filtration selon la revendication 5, dans lequel les molécules base de Lewis comportent en outre au moins un groupement réactif sous rayonnement ionisant, les molécules tensioactives comportant au moins deux types de groupements réactifs sous rayonnement ionisant. 30 7. Milieu de filtration selon la revendication 6, dans lequel les groupements réactifs sous rayonnement ionisant sont choisis dans le groupe comprenant les groupements hydroxyles, carboxyles, carbonyles, acrylates, méthacrylates, allyles, amines, amides, imides, uréthanes. 20 8 8. Milieu de filtration selon la revendication 7, dans lequel la molécule base de Lewis est un dialkylaminoalkyl méthacrylate ou un méthacrylatealkyl trialkyl ammonium, la molécule tensioactive étant choisie dans le groupe comprenant les diacrylates, notamment les polyéthylènes glycols diacrylates (PEG DA), et les triacrylates, notamment les triméthylolpropanes triacrylates éthoxylés. 9. Procédé de fabrication d'un milieu de filtration selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, ledit procédé prévoyant : - d'imprégner le substrat avec une solution de la molécule base de Lewis, ladite solution comprenant en outre des molécules tensioactives qui sont aptes à améliorer la mouillabilité du substrat textile par ladite solution, - d'appliquer un rayonnement ionisant sur le substrat textile imprégné pour, par réaction des groupements réactifs, assurer le greffage des molécules base de Lewis par pontage avec les molécules tensioactives. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel l'imprégnation est réalisée par foulardage, le substrat textile imprégné étant séché préalablement à l'application du rayonnement ionisant. 11. Procédé de greffage selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le rayonnement ionisant est un bombardement électronique. 12. Procédé d'élimination de l'acide borique d'une solution aqueuse, ledit 25 procédé prévoyant de faire passer ladite solution au travers d'un milieu de filtration selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, de sorte à permettre la rétention de l'acide borique dans Nedit milieu par complexation dudit acide avec les groupements base de Lewis greffés.20