Brevet FR3077010A1 — publié le 20190726

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte à une membrane d'ultrafiltration ayant une propriété mécanique élevée et à son procédé de préparation. ARRIÈRE-PLAN Actuellement, en raison du fait que la membrane d'ultrafiltration est pressée pendant longtemps mais présente une faible propriété mécanique, la durée de vie de la membrane d'ultrafiltration est raccourcie, et la membrane d'ultrafiltration dans le module de membrane doit être fréquemment remplacée. Par conséquent, il est nécessaire de développer une membrane d'ultrafiltration capable d'améliorer la propriété mécanique de la membrane d'ultrafiltration. RÉSUMÉ DE L'INVENTION Un objet de la présente invention est de fournir une membrane d'ultrafiltration ayant une propriété mécanique élevée et son procédé de préparation. La présente invention se rapporte à un procédé de préparation d'une membrane d'ultrafiltration ayant une propriété mécanique élevée. Dans la présente invention, étant donné que la lignine hydroxyméthylée, qui a une propriété mécanique élevée, est ajoutée dans la solution de membrane de coulée, le taux de rétention de la membrane d'ultrafiltration de la présente invention est amélioré. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES MODES DE RÉALISATION L'invention concerne un procédé de préparation d'une membrane d'ultrafiltration, qui comprend les étapes suivantes consistant : à dissoudre de l'alcool polyvinylique réticulé, la lignine hydroxyméthylée et de l'acide propionique dans du N,N-diméthylacétamide à une première 30 température pour former une solution de membrane de coulée initiale, et la laisser reposer pour le démoussage à une deuxième température et une première humidité pendant une première période pour obtenir une solution de membrane de coulée traitée ; à verser la solution de membrane de coulée traitée sur un substrat en 35 verre, et obtenir une membrane à l'état liquide ayant une épaisseur comprise entre 150 et 250 pm en utilisant un applicateur de membrane ; 2 à laisser la membrane à l'état liquide se volatiliser à une troisième température et une deuxième humidité pendant une deuxième période, et placer le substrat en verre conjointement avec la membrane à l'état liquide formée sur celui-ci dans un bain de coagulation, pour permettre à la membrane à l'état 5 liquide de se solidifier afin d'obtenir une membrane à l'état solide ; et à retirer la membrane à l'état solide du bain de coagulation, la sécher à l'air et la sécher dans une étuve pendant une troisième période pour obtenir la membrane d'ultrafiltration. De plus, le procédé peut avoir les caractéristiques suivantes : 10 la première température est comprise entre 50 et 90°C; la deuxième température est comprise entre 15 et 25°C; la troisième température est comprise entre 15 et 25°C; la première humidité est comprise entre 10% et 30%; la deuxième humidité est comprise entre 10% et 30%; 15 la première période est comprise entre 6 et 10 heures ; la deuxième période est comprise entre 10 et 120 secondes ; et la troisième période est de 60 minutes. Dans la solution de membrane de coulée traitée, la concentration massique de l'alcool polyvinylique réticulé peut être comprise entre 20% et 40%, 20 le rapport massique entre la lignine hydroxyméthylée et l'alcool polyvinylique réticulé peut varier entre 0,1:1 et 1:1, et le rapport massique entre l'acide propionique et l'alcool polyvinylique réticulé peut varier entre 0,01:1 et 0,1:1. Dans la troisième étape, le bain de coagulation peut être de l'eau désionisée. 25 L'invention concerne une membrane d'ultrafiltration préparée selon le procédé détaillé ci-dessus. Exemple 1 Étape 1 : 16 g d'alcool polyvinylique réticulé, 8 g de lignine hydroxyméthylée et 0,8 g d'acide propionique sont introduits dans un ballon tricol Étape 2 : ensuite, 50 g de N,N-diméthylacétamide sont introduits dans le ballon tricol pour obtenir un mélange, le mélange est agité à 65°C pendant 5 heures ; 3 Étape 3 : le laisser reposer pour le démoussage dans un environnement ayant une température de 20°C et une humidité de 20% pendant 8 heures pour obtenir une solution de membrane de coulée sans mousse uniforme ; Étape 4 : la solution de membrane de coulée est versée sur un substrat 5 en verre, et la solution de membrane de coulée sur le substrat en verre est appliquée par un applicateur de membrane pour obtenir une membrane à l'état liquide ayant une épaisseur de 200 pm ; Étape 5 : le substrat en verre ayant la membrane à l'état liquide formée sur celui-ci est placé dans un environnement ayant une température de 20°C et 10 une humidité de 20% pour se volatiliser pendant 15 secondes ; Étape 6 : le substrat en verre ayant la membrane à l'état liquide formée sur celui-ci est placé dans de l'eau désionisée, pour solidifier la membrane à l'état liquide afin d'obtenir une membrane à l'état solide ; et Étape 7 : la membrane à l'état solide est retirée de l'eau désionisée, 15 séchée à l'air et placée dans une étuve pendant 10 minutes, pour obtenir la membrane d'ultrafiltration. Pour l'exemple de référence, toutes les conditions expérimentales sont les mêmes que celles du mode de réalisation 1, sauf que la lignine hydroxyméthylée n'est pas ajoutée. 20 Tableau 1 Articles Ex.1 Ex.2 Ex.3 Ex.4 Ex.5 Ex.6 Ex.7 Ex.8 Ex.9 Ex.10 Référence La 32 20 50 32 32 32 32 32 32 32 32 concentration massique de l'alcool polyvinylique réticulé (%) Le rapport 0,5:1 0,5:1 0,5:1 0,1:1 1:1 0,5:1 0,5:1 0,5:1 0,5:1 0,5:1 - massique entre la lignine hydroxyméthylée et l'alcool polyvinylique réticulé Le rapport 0,05: 1 0,05: 1 0,05: 1 0,05: 1 0,05: 1 0,01: 1 0,1:1 0,05: 1 0,05: 1 0,05: 1 0,05: 1 massique entre l'acide propionique et 4 l'alcool polyvinylique réticulé La première température (°C) 65 65 65 65 65 65 65 65 50 90 65 La deuxième température (°C) 20 20 20 20 20 20 20 15 20 20 20 La troisième température (°C) 20 20 20 20 20 20 20 25 20 20 20 La première 20 20 20 20 20 20 20 10 20 20 20 humidité (%) La deuxième 20 20 20 20 20 20 20 30 20 20 20 humidité (%) La première 8 8 8 8 8 8 8 8 10 6 8 période (h) La deuxième 15 15 15 15 15 15 15 15 10 120 15 période (s) La troisième 10 10 10 10 10 10 10 10 5 60 10 période (min) Dans les exemples 1 à 3, toutes les conditions expérimentales sont les mêmes sauf que les concentrations massiques de l'alcool polyvinylique réticulé sont de 32%, 20% et 50%, respectivement. 5 Dans les exemples 1, 4 et 5, toutes les conditions expérimentales sont les mêmes sauf que les rapports massiques entre la lignine hydroxyméthylée et l'alcool polyvinylique réticulé sont de 0,5:1, 0,1:1 et 1:1, respectivement. Dans les exemples 1, 6 et 7, toutes les conditions expérimentales sont les mêmes sauf que les rapports massiques entre l'acide propionique et l'alcool 10 polyvinylique réticulé sont de 0,05:1, 0,01:1 et 0,1:1, respectivement. Dans les exemples 1 et 8, toutes les conditions expérimentales sont les mêmes sauf que : dans l'exemple 1, les deuxième et troisième températures, les première et deuxième humidités sont de 20°C, 20°C, 20% et 20%, respectivement ; mais dans l'exemple 8, elles sont de 15°C, 25°C, 10% et 30%, 15 respectivement. C'est-à-dire que les environnements de démoussage et de formation de la membrane à l'état solide sont différents. 5 Dans les exemples 1, 9 et 10, toutes les conditions expérimentales sont les mêmes sauf que la première température, les première, deuxième et troisième périodes sont différentes, c'est-à-dire que la température de préparation de la solution de membrane de coulée, la période de préparation de 5 la solution de membrane de coulée, la période de volatilisation de la membrane liquide appliquée et la période de séchage de l'échantillon de membrane sont différentes. Exemple d'essai 1 10 Les propriétés mécaniques des membranes préparées dans les exemples 1 à 10 et l'exemple comparatif sont mesurées et comparées, les résultats de mesure sont présentés dans le tableau 2. Essai de propriété mécanique : Instrument d'essai : dynamomètre ZL-100A pour papier et carton 15 Étapes d'essai : D'abord, un échantillon de membrane à tester est découpé selon une forme adaptée au dynamomètre et une distance d'échelle est marquée avec deux lignes de marquage ; Ensuite, l'échantillon de membrane découpé est placé dans le support du 20 dynamomètre, et est soigneusement ajusté à une position symétrique pour permettre à la force d'étirement d'être uniformément répartie sur la section transversale de l'échantillon de membrane ; Enfin, le dynamomètre est démarré et la force maximale (avec une erreur de ± 1%) avec laquelle l'échantillon de membrane est rompu et la distance (avec 25 une erreur de ± 1,25 mm) entre les côtés intérieurs des deux lignes de marquage sont enregistrées. La propriété mécanique peut être calculée comme suit : F P(MPa)= - (Équation 1) A où, P représente la résistance moyenne à la traction, F représente la force 30 maximale à la rupture, et A représente la surface de section transversale initiale moyenne, a(%)=L- L° x100 (Équation 2) Lo où, a représente l'allongement à la rupture, L représente la distance d'échelle à la rupture, et Lo représente la distance d'échelle initiale. 6 Exemple d'essai 2 Mesures des flux d'eau et des taux de rétention du bleu de méthylène 5 Pression d'essai : 0,1 MPa Étapes d'essai : D'abord, l'échantillon de membrane est monté dans le dispositif d'essai de propriété de membrane ; Ensuite, l'eau désionisée est introduite dans le bassin de membrane du 10 dispositif d'essai de propriété de membrane ; Finalement, le bassin de membrane est mis sous pression pour permettre à l'eau désionisée dans le bassin de membrane de passer à travers la membrane et de s'écouler de l'extrémité de sortie, de manière à calculer le flux d'eau de l'échantillon de membrane. 15 La formule de calcul du flux : B(1, - m-2 = V (Équation 3) D-t où, B représente le flux d'eau de l'échantillon de membrane ayant l'unité (L - m-2 h-1) V représente le volume total de l'eau s'écoulant de l'extrémité de sortie du 20 dispositif d'essai de propriété de membrane, D représente la surface de l'échantillon de membrane, et t représente le temps d'essai total. Essai de taux de rétention : Instrument d'essai : coupelle d'ultrafiltration, spectrophotomètre 25 ultraviolet-visible Pression d'essai : 1 MPa Étapes d'essai : D'abord, l'échantillon de membrane est monté dans la coupelle d'ultrafiltration. 30 Ensuite, une solution aqueuse de bleu de méthylène à 1 g/L est introduite dans le bassin de membrane de la coupelle d'ultrafiltration. Après, le bassin de membrane est mis sous pression pour permettre à la solution aqueuse de bleu de méthylène dans le bassin de membrane de passer à travers la membrane, où au moins une partie du bleu de méthylène est retenue 7 sur la membrane, et le reste de la solution aqueuse de bleu de méthylène s'écoule de l'extrémité de sortie. Enfin, les concentrations du bleu de méthylène de la solution aqueuse de bleu de méthylène dans le bassin de membrane et la solution aqueuse de bleu 5 de méthylène s'écoulant de l'extrémité de sortie sont détectées par le spectrophotomètre ultraviolet pour calculer le taux de rétention du bleu de méthylène de l'échantillon de membrane. La formule de calcul du taux de rétention : R(%)=-E-x100 (Équation 4) 0 10 où, R représente le taux de rétention du bleu de méthylène de l'échantillon de membrane, c représente la concentration du bleu de méthylène de la solution aqueuse de bleu de méthylène s'écoulant de l'extrémité de sortie, et co représente la concentration du bleu de méthylène de la solution aqueuse de bleu de méthylène dans le bassin de membrane. 15 Exemple Résistance moyenne à la traction Allongement à la rupture (%) Flux d'eau Taux de (MPa) (23°C) (L. m-2. MPa-1- hl bleu de rétention du méthylène (%) Exemple 1 150,9 100 139,2 . 56 Exemple 2 101,1 60 144,5 19 Exemple 3 129,3 76 100,7 47 Exemple 4 104,1 58 135,5 39 Exemple 5 136,9 90 99,7 49 Exemple 6 149,5 93 94,8 41 Exemple 7 143,2 80 112,4 38 Exemple 8 141,1 93 130,2 52 Exemple 9 132,1 86 128,9 36 Exemple 10 134,5 87 105,9 62 Référence 89,7 55 103,6 34 On peut voir dans le tableau 2 que, les exemples 1 à 10 ont une résistance moyenne à la traction et un allongement à la rupture supérieurs à ceux de 8 l'exemple de référence, ce qui indique que l'ajout de la lignine hydroxyméthylée peut améliorer la propriété mécanique de la membrane. De plus, les résultats comparatifs obtenus en comparant les flux d'eau et les taux de rétention du bleu de méthylène entre les exemples 1 à 10 et l'exemple 5 de référence indiquent que : avec l'ajout d'une quantité appropriée de lignine hydroxyméthylée dans la solution de membrane de coulée de la présente invention, le taux de rétention de la membrane d'ultrafiltration de la présente invention est amélioré dans la mesure où le flux est maintenu constant. En combinant les tableaux 1 et 2, la conclusion suivante est obtenue : 10 Dans les exemples 1 à 3, les concentrations massiques de l'alcool polyvinylique réticulé sont de 32%, 20% et 50%, respectivement, alors que les autres conditions expérimentales sont les mêmes. On peut voir que dans l'exemple 1 la résistance moyenne à la traction, l'allongement à la rupture, le flux d'eau et le taux de rétention du bleu de méthylène sont meilleurs que ceux des 15 exemples 2 et 3, ce qui indique que la concentration massique préférable de l'alcool polyvinylique réticulé est de 32%. Dans les exemples 1, 4 et 5, on peut voir que dans l'exemple 1 la résistance moyenne à la traction, l'allongement à la rupture, le flux d'eau et le taux de rétention du bleu de méthylène sont meilleurs que ceux de l'exemple 4 20 et de l'exemple 5, ce qui indique que le rapport massique préférable entre la lignine hydroxyméthylée et l'alcool polyvinylique réticulé est de 0,5:1. Dans les exemples 1, 6 et 7, on peut voir que dans l'exemple 1 la résistance moyenne à la traction, l'allongement à la rupture, le flux d'eau et le taux de rétention du bleu de méthylène sont meilleurs que ceux des exemples 6 25 et 7, ce qui indique que le rapport massique préférable entre l'acide propionique sur l'alcool polyvinylique réticulé est de 0,05:1. En comparant les exemples 1 et 8, on peut voir que dans l'exemple 1 la résistance moyenne à la traction, l'allongement à la rupture, le flux d'eau et le taux de rétention du bleu de méthylène sont meilleurs que ceux de l'exemple 8, 30 ce qui indique que la deuxième température, la troisième température, la première humidité et la deuxième humidité sont de préférence de 20°C, 20°C, 20% et 20%, respectivement. En comparant les exemples 1, 9 et 10, on peut voir que dans l'exemple 1 la résistance moyenne à la traction, l'allongement à la rupture, le flux d'eau et le 35 taux de rétention du bleu de méthylène sont meilleurs que ceux des exemples 9 et 10, ce qui indique que la première température, la première période, la 9 deuxième période et la troisième période sont de préférence de 65°C, 8 heures, 15 secondes et 10 minutes, respectivement. En conclusion, comparés à l'exemple de référence, les exemples 1 à 10 sont préférables ; l'exemple 1, l'exemple 4, l'exemple 7 et l'exemple 8 sont plus 5 préférables ; et l'exemple REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'une membrane d'ultrafiltration, comprenant les étapes suivantes consistant : à dissoudre de l'alcool polyvinylique réticulé, la lignine hydroxyméthylée et de l'acide propionique dans du N,N-diméthylacétamide à une première température pour former une solution de membrane de coulée initiale, et la laisser reposer pour le démoussage à une deuxième température et une première humidité pendant une première période pour obtenir une solution de membrane de coulée traitée ; à verser la solution de membrane de coulée traitée sur un substrat en verre, et obtenir une membrane à l'état liquide ayant une épaisseur comprise entre 150 et 250 pm en utilisant un applicateur de membrane ; à laisser la membrane à l'état liquide se volatiliser à une troisième température et une deuxième humidité pendant une deuxième période, et placer 15 le substrat en verre conjointement avec la membrane à l'état liquide formée sur celui-ci dans un bain de coagulation, pour permettre à la membrane à l'état liquide de se solidifier afin d'obtenir une membrane à l'état solide ; et à retirer la membrane à l'état solide du bain de coagulation, la sécher à l'air et la sécher dans une étuve pendant une troisième période pour obtenir la 20 membrane d'ultrafiltration. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, la première température est comprise entre 50 et 90°C; la deuxième température est comprise entre 15 et 25°C; la troisième température est comprise entre 15 et 25°C; 25 la première humidité est comprise entre 10% et 30%; la deuxième humidité est comprise entre 10% et 30%; la première période est comprise entre 6 et 10 heures ; la deuxième période est comprise entre 10 et 120 secondes ; et la troisième période est de 60 minutes. 30 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, dans la solution de membrane de coulée traitée, la concentration massique de l'alcool polyvinylique réticulé est comprise entre 20% et 40%, le rapport massique entre la lignine hydroxyméthylée et l'alcool 35 polyvinylique réticulé varie entre 0,1:1 et 1:1, et 11 le rapport massique entre l'acide propionique et l'alcool polyvinylique réticulé varie entre 0,01:1 et 0,1:1. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, dans la troisième étape, le bain de coagulation est de l'eau désionisée. 5 5. Membrane d'ultrafiltration préparée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 10 20 25 30 35