EP2637759A1 - Procede de purification d'un melange visqueux contenant un ou plusieurs contaminants - Google Patents

Procede de purification d'un melange visqueux contenant un ou plusieurs contaminants

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Publication number
EP2637759A1
EP2637759A1 EP11794537.8A EP11794537A EP2637759A1 EP 2637759 A1 EP2637759 A1 EP 2637759A1 EP 11794537 A EP11794537 A EP 11794537A EP 2637759 A1 EP2637759 A1 EP 2637759A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
viscous mixture
initial
mixture
monophasic
activated carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11794537.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Durand
Eric Favre
Sabine Rode
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National Polytechnique de Lorraine
Original Assignee
Institut National Polytechnique de Lorraine
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National Polytechnique de Lorraine filed Critical Institut National Polytechnique de Lorraine
Publication of EP2637759A1 publication Critical patent/EP2637759A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28004—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F6/00—Post-polymerisation treatments
    • C08F6/06—Treatment of polymer solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/003—Additives being defined by their diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon

Definitions

  • the present invention relates to a method for purifying a viscous mixture containing one or more contaminants.
  • the invention relates to a method for purifying an aqueous polymer phase.
  • aqueous polymer solutions are used as sorbents in purification processes as shown in WO 2008/127602, US 7,147,692, US 6,811,703 or US 5,641,847. It may be advantageous to wash these solutions by removing impurities for reuse, as in WO 2008/127602.
  • Activated carbons are commonly used for the purification of liquid mixtures through different processes (fixed bed filtration of coal, mixing of the coal with the liquid mixture followed by filtration ). Their use is a means well known to those skilled in the art for being simple, ecological and cheap.
  • the object of the present invention is to provide a method that is simple, effective and environmentally friendly for the removal of one or more contaminants from a viscous mixture.
  • the present invention relates to the use of activated carbon for carrying out a process for purifying an initial viscous mixture containing at least one substance responsible for the viscosity thereof and at least one contaminant, said activated carbon being in the form of particles with a mean diameter D [3, 2] of about 5 ⁇ to about 200 ⁇ , particularly from about 10 ⁇ to about 80 ⁇ , particularly from about 40 ⁇ to about 50 ⁇ .
  • activated carbon an amorphous solid consisting essentially of carbonaceous material which has a large specific surface area (between 400 and 2500 m 2 / g) and which is hydrophobic.
  • Average diameter D [3, 2] means the diameter that all the particles of a sample of perfectly isometric hard particles would have and which would develop a surface identical to that of the sample considered (with identical mass of particles ).
  • the average diameter D [3, 2] is also called “average surface diameter” or “Sauter diameter”.
  • “Initial viscous mixture” means a fluid or a mixture of fluids having a viscosity greater than about 0.1 mPa.s. This viscosity is considered at ambient temperature, at ambient pressure and at a shear rate of between 1 and 100 s -1 , during a flow measurement (cone-plane rheometer diameter 40 mm for the cone, temperature 20 ° C., shear rate varying between 10 and 1000 s "1 ).
  • the present invention also relates to the use of activated carbon for the implementation of a process for purifying an initial viscous mixture containing at least one substance responsible for the viscosity of the latter, and at least one contaminant, said activated carbon being in the form of particles with a mean diameter D [3, 2] of about 5 ⁇ to about 200 ⁇ , particularly from about 10 ⁇ to about 80 ⁇ , particularly about 40 ⁇ at approximately 50 ⁇ and being arranged in a fixed bed through which said mixture flows, said purification process being preceded by a preliminary step of conditioning the activated carbon.
  • fixed bed is meant a device containing immobile particles on which flows said initial viscous mixture.
  • Said fixed bed has a porosity of between 30 and 50%, preferably between 35 and
  • porosity is meant the ratio between the volume of the interstitial space left free between the immobile particles of the fixed bed and the total volume of said fixed bed.
  • the particles, previously packaged, are arranged and packed, for example mechanically, to form said fixed bed.
  • the fixed bed consists of a cartridge having a hollow cylindrical space in which the particles, previously packaged, are arranged and tamped mechanically.
  • a filter cloth or a pierced plate can be inserted on either side of the fixed bed to prevent any entrainment by the moving fluid.
  • the substance (or substances) responsible for the viscosity of the initial viscous mixture such as a polymer for example
  • Active sites means areas of the surface of the coal particles whose local structure is such that it allows the establishment of (more or less strong) interactions with the contaminant molecules, which leads to the adsorption of these molecules.
  • Active sites capable of adsorbing the substance (or substances) responsible for the viscosity of the initial viscous mixture means areas of the surface of the coal particles whose local structure is such as to allow the establishment of interactions (more or less strong) with the molecules of the substance responsible for the viscosity of the initial viscous mixture, which leads to their adsorption.
  • the "active sites” and “active sites capable of adsorbing the substance (or substances) responsible for the viscosity of the initial viscous mixture” may be identical or different depending on the situation.
  • the present invention also relates to the use of activated carbon for the implementation of a process for purifying an initial viscous mixture as defined above, in which the sites of the active carbon capable of adsorbing the (or ) substance (s) responsible for the viscosity of the initial viscous mixture are completely or partially saturated before the start of the purification process.
  • totally or partially saturated is meant the situation of activated carbon after a treatment called conditioning that has allowed the adsorption of molecules on a greater or lesser proportion of accessible active sites in a given amount of activated carbon.
  • the beginning of the process means contacting the initial viscous mixture containing at least one contaminant with the activated carbon.
  • a selectivity of the activated carbon is induced by the adsorption of a saturation mixture thereon since the activated carbon no longer removes the substance (s) responsible for the viscosity of the initial viscous mixture. but it still removes the contaminant.
  • the present invention also relates to the use of activated carbon for the implementation of a process for purifying an initial viscous mixture as defined above, in which the sites of the active carbon capable of adsorbing the substance (s) (s) responsible (s) of the viscosity of the initial viscous mixture are saturated totally or partially by the (or) substance (s) responsible for the viscosity of the initial viscous mixture before the start of the purification process.
  • the active carbon When the active carbon is saturated with a saturation mixture which is not the substance responsible for the viscosity of the initial viscous mixture, it is advantageous that by competition on the activated carbon sites, the carbon adsorbs the substance responsible for the viscosity of the initial viscous mixture and releases an element of the saturation mixture, thus polluting the filtered viscous mixture. In order to guard against this risk, it is possible to use a saturation mixture comprising the same substance as the substance responsible for the viscosity of the initial viscous mixture.
  • the mixture in a particular embodiment may be monophasic, two-phase or three-phase.
  • said mixture When said mixture is monophasic, it may then consist of a polymeric aqueous phase.
  • the mixture When the mixture is three-phase it may consist of a salt phase and two aqueous polymer phases.
  • the viscosity is always conferred by at least one of the aqueous polymer phases.
  • aqueous polymer phase denotes an aqueous phase containing polymers in solution.
  • contaminant is meant a chemical component that is to be extracted from the initial viscous mixture.
  • the treatment also called conditioning
  • the activated carbon from one to all phases constituting the initial viscous mixture.
  • a separation step decantation for example
  • the invention also relates to the use of activated carbon for the implementation of a process for purifying an initial viscous mixture as defined above, said purification process being carried out by placing in contact with said initial viscous mixture, or at least one of the monophasic viscous mixtures contained in said initial viscous mixture, with said activated carbon, wherein the initial viscous mixture, or said monophasic viscous mixture, contains at least one contaminant, and said activated carbon being in the form of particles with an average diameter D [3, 2] of about 5 ⁇ to about 200 ⁇ , particularly from about 10 ⁇ to about 80 ⁇ , particularly from about 40 ⁇ to about 50 ⁇ .
  • At least one of the viscosity conferring phases is brought into contact with the activated carbon in the process of the invention.
  • the contacting of the active carbon according to the invention does not take place with a saline phase alone, or with an aqueous phase which does not have the viscosity as described above, or with a mixture of two phases that does not have the viscosity previously described.
  • the initial viscous mixture comprises a phase or two phases, which may be a polymeric aqueous phase and a salt phase, it is possible to operate the method of the invention in different ways.
  • the invention also relates to the use of activated carbon for the implementation of a process for purifying an initial viscous mixture as defined above, said purification process being carried out by placing in contact said initial viscous mixture, or at least one of the monophasic viscous mixtures contained in said initial viscous mixture, with said activated carbon, wherein the initial viscous mixture, or said monophasic viscous mixture, contains at least one contaminant, and said activated carbon being in the form of particles with an average diameter D [3, 2] of about 5 ⁇ to about 200 ⁇ , particularly from about 10 ⁇ to about 80 ⁇ , particularly from about 40 ⁇ to about 50 ⁇ and being disposed in a fixed bed, said purification process being preceded by a preliminary stage of conditioning the activated carbon whose active sites are free by contacting said activated carbon and a saturation mixture in order to saturate all or part of the active carbon sites capable of adsorbing the substance or substances responsible for the viscosity, said saturation mixture preferably
  • the present invention relates to the use of activated carbon for carrying out a process for purifying an initial viscous mixture as defined above, said initial viscous mixture consisting of:
  • At least one monophasic viscous mixture said monophasic viscous mixture being a polymeric aqueous phase, and said aqueous polymer phase containing at least one polymer and possibly at least one contaminant, and optionally an aqueous salt phase, said aqueous salt phase containing at least one salt and possibly at least one contaminant,
  • the present invention relates to the use of activated carbon for the implementation of a process for purifying an initial viscous mixture as defined above, in which the activated active sites of activated carbon can be used. adsorbing the polymer are totally or partially saturated with said polymer before the start of the purification process.
  • the polymer in order to avoid the pollution of the viscous mixture purified by elements of the saturation mixture adsorbed on active carbon sites capable of adsorbing the polymer, (the polymer can replace said elements on said sites), it can be it is advantageous to saturate the said sites with the said polymer before the purification step.
  • that of the initial viscous mixture can range from about 0.1 mPa.s to about 200 mPa.s.
  • This viscosity is considered at ambient temperature, at ambient pressure and at a shear rate of between 1 and 100 s -1 , during a flow measurement.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the initial viscous mixture has a viscosity of about 0.1 mPa.s at about 200 mPa.s, particularly from about 1 mPa.s to about 150 mPa.s, particularly from about 1 mPa.s to about 80 mPa.s.
  • Viscosity values are considered at room temperature, at ambient pressure and at a shear rate between 1 and 100 sec -1 , during flow measurement.
  • the viscosity of at least one aqueous polymer phase may be between about 0.1 mPa.s and about 200 mPa .s.
  • the use of activated carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the monophasic viscous mixtures, or aqueous polymer phases, have a viscosity of from about 20 mPa.s to about 200 mPa.s, particularly from about 35 mPa.s to about 150 mPa.s, particularly from about 50 mPa.s to about 80 mPa.s.
  • Viscosity values are considered at room temperature, at ambient pressure and at a shear rate between 1 and 100 sec -1 , during flow measurement.
  • the viscosity thereof may be from about 0.1 mPa.s to about 20 mPa.s.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the saline aqueous phase has a viscosity of about 0.1 mPa.s. at about 20 mPa.s, particularly from about 1 mPa.s to about 10 mPa.s, particularly from about 1 mPa.s to about 3 mPa.s.
  • This viscosity is considered at ambient temperature, at ambient pressure and at a shear rate of between 1 and 100 s -1 , during a flow measurement.
  • the invention is more particularly intended to purify certain types of viscous mixtures, especially the initial monophasic viscous mixtures.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the initial viscous mixture is a monophasic viscous mixture, which is a polymeric aqueous phase.
  • the invention is more particularly intended to purify certain types of viscous mixtures, in particular two-phase initial viscous mixtures composed of a polymeric aqueous phase and a saline phase.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the initial viscous mixture is constituted a monophasic viscous mixture, which is a polymeric aqueous phase, and
  • the object of the invention is to purify an initial viscous mixture, that is to say in the case of the two-phase viscous mixture defined above to remove one or more contaminants.
  • the contaminant may be:
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the monophasic viscous mixture contains at least one contaminant.
  • the contaminant may be in the aqueous polymer phase and the salt phase.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the saline aqueous phase contains at least one contaminant, and the monophasic viscous mixture contains at least one less a contaminant.
  • the contaminant may also be found only in the saline phase.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the saline aqueous phase contains at least one contaminant.
  • the activated carbon is brought into contact with the initial viscous mixture, that is to say with the mixture consisting of the salt phase and the aqueous polymer phase.
  • the saline phase can not be put alone in contact with the active carbon, but must be brought into contact with the activated carbon in the presence of the aqueous polymer phase.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the initial viscous mixture is two-phase, and consists of two monophasic viscous mixtures.
  • the purification of this mixture is to eliminate one or more contaminants contained in one of the phases.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which one of the two monophasic viscous mixtures contains at least one contaminant.
  • the purification of this mixture is to eliminate one or more contaminants contained in the two phases.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the two monophasic viscous mixtures each contain at least one contaminant.
  • one or two polymeric aqueous phases are part of the initial viscous mixture.
  • the polymers listed below are the most commonly used.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the polymer is selected from water-soluble polymers including dextran, polyvinyl alcohol poly (vinylpyrrolidone), pullulan, Ficoll, poly (acrylamide), poly (acrylic acid), carboxymethyldextran, hydroxypropyldextran, ethylhydroxyethylcellulose, etc.) and particularly polyethylene glycol (PEG) and polymers having a number average molecular weight of from 400 to 100,000 g / mol.
  • water-soluble polymers including dextran, polyvinyl alcohol poly (vinylpyrrolidone), pullulan, Ficoll, poly (acrylamide), poly (acrylic acid), carboxymethyldextran, hydroxypropyldextran, ethylhydroxyethylcellulose, etc.
  • PEG polyethylene glycol
  • water-soluble polymer is meant a polymer having a solubility in water greater than or equal to 1 g / L at room temperature.
  • a saline phase is part of the initial viscous mixture.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the salt is chosen from, in particular, sodium sulphate, sodium carbonate, potassium carbonate, potassium citrate, potassium phosphate, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, sodium fluoride , sodium formate, potassium thiocyanate, sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium carbonate, rubidium carbonate, cesium carbonate, lithium sulfate, sodium sulfate, rubidium sulfate, cesium sulfate, magnesium sulfate, aluminum sulphate, iron sulphate, copper sulphate, zinc sulphate, alum, sodium selenate, sodium chromate, sodium molybdate, sodium tungstate, potassium hydrogen phosphate, sodium sulphite, sodium silicate, sodium sulphide , sodium succinate, sodium tartrate, sodium phosphate, potassium phosphate
  • the contaminant may be a low-polar organic solute, including a dye, a pesticide, a pharmaceutical compound, an alkaloid, a protein, a toxin, and more generally any organic compound having a higher octanol / water partition coefficient at 1 and especially methylene blue.
  • the solute has a partition coefficient of less than 1, it can not be extracted by the polymer phase sufficiently efficiently.
  • low polar organic solute any organic compound having an octanol / water partition coefficient greater than 1.
  • the contaminant may be a polar or apolar aqueous solute, especially a dye, a pesticide, a pharmaceutical compound, an alkaloid, a protein, a toxin, and especially methylene blue.
  • viscous phases containing a polymeric aqueous phase can be treated by the process of the invention, certain concentrations of polymers in the aqueous phase are more particularly used.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the concentration of polymer in at least one monophasic viscous mixture is about 10 g / L at about 1000 g / L, particularly from about 50 g / L to about 800 g
  • g / L particularly from about 200 g / L to about 600 g / L. Below 10 g / L, it is not possible to obtain a two-phase system. 1000 g / L is a very high value which represents the upper limit of the concentrations usually encountered.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the concentration of polymer in the aqueous salt phase is about 0 g / l to about 100 g / L, particularly from about 0 g / L to about 50 g / L, particularly from about 0 g / L to about 10 g / L.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the concentration of the salt in at least one monophasic viscous mixture is about 1 g / L at about 200 g / l especially from about 5 g / l to about 100 g / l, particularly from about 10 g / l to about 50 g / l.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the concentration of salt in the aqueous salt phase is about 10 g / l to about 800 g / L, particularly from about 20 g / L to about 600 g / L, particularly from about 50 g / L to about 400 g / L.
  • the activated carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the concentration of the contaminant in at least one monophasic viscous mixture is about 0.001 g / L at about 10 g / L especially from about 0.01 g / L to about 1 g / L, particularly from about 0.05 g / L to about 0.2 g / L.
  • the activated carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the concentration of the contaminant in the saline aqueous phase is about 0.0001 g / L at about 10 g / L, particularly from about 0.004 g / L to about 0.05 g / L, particularly from about 0.002 g / L to about 0.01 g / L.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the active carbon is contained in a solid support, in particular a solid support in the form of a fixed bed, especially a filter cartridge.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which at least one of the monophasic viscous mixtures has a density of about 1000 kg.m- 3 to about 1600 kg.m- 3 , particularly from about 1000 kg.m- 3 to about 1400 kg.m- 3 , particularly from about 1000 kg.m- 3 to about 1200 kg- 3 .
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the aqueous salt phase has a density of about 1000 kg.m- 3 to about 1600 kg m.sup.- 3 , particularly from about 1000 kg.m- 3 to about 1400 kg.m- 3 , particularly from about 1000 kg.m- 3 to about 1200 kg.m- 3 .
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the ratio between the mass of activated carbon and the initial volume of viscous mixture to be purified is about 0.01 g / L to about 10 g / L, particularly about 0.02 g / L to about 5 g / L, particularly about 0.1 g / L to about 1 g / L.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the ratio between the mass of activated carbon and the volume of monophasic viscous mixture to be purified is about 0.01 g / L to about 10 g / L, particularly about 0.02 g / L to about 5 g / L, particularly about 0.1 g / L to about 1 g / L.
  • An important aspect of the invention is the fact that the purification method of the invention does not require a heating step, either before or during the use of the activated carbon, which is of great practical and economical interest. .
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process having no heating step of said initial viscous mixture.
  • the active carbon as defined above is used in the implementation of a purification process in which the temperature of the initial viscous mixture during the process is approximately 0 ° C. at about 40 ° C, particularly from about 10 ° C to about 35 ° C, particularly from about 20 ° C to about 35 ° C, particularly from about 20 ° C to about 25 ° C.
  • the present invention also relates to a process for purifying an initial viscous mixture or at least one monophasic viscous mixture constituting said initial viscous mixture, containing at least one substance responsible for the viscosity thereof and at least one contaminant, comprising a step of filtering the initial viscous mixture, or at least one of the monophasic viscous mixtures, onto activated charcoal, in wherein the activated carbon is in the form of particles with a mean diameter D [3, 2] of about 5 ⁇ to about 200 ⁇ , particularly from about 10 ⁇ to about 80 ⁇ , particularly from about 40 ⁇ to about 50 ⁇ , to obtain a purified initial viscous mixture, or at least one purified monophasic viscous mixture, substantially free of at least one contaminant.
  • the substance (or substances) responsible for the viscosity of the initial viscous mixture such as a polymer for example
  • the invention also relates to a process for purifying an initial viscous mixture as defined above, in which the sites of the active carbon capable of absorbing the substance (s) responsible (s) ) of the viscosity of the initial viscous mixture are completely or partially saturated before the start of the purification process.
  • the invention also relates to a process for purifying an initial viscous mixture as defined above, in which the sites of the active carbon capable of absorbing the substance (s) responsible (s) ) the viscosity of the initial viscous mixture are totally or partially saturated by the substance (s) responsible for the viscosity of the initial viscous mixture before the start of the purification process.
  • the activated carbon When the activated carbon is saturated with a saturation mixture which is not the substance responsible for the viscosity of the initial viscous mixture, it is possible that by At the active coal sites, the coal adsorbs the substance responsible for the viscosity of the initial viscous mixture and releases an element of the saturation mixture, thereby polluting the filtered viscous mixture. In order to guard against this risk, it is advantageous to use a saturation mixture which contains the same substance as the substance responsible for the viscosity of the initial viscous mixture.
  • the present invention further relates to a process for purifying an initial viscous mixture containing at least one substance responsible for the viscosity thereof and at least one contaminant comprising a step of filtering the initial viscous mixture onto activated carbon, in wherein the activated carbon is in the form of particles with a mean diameter D [3, 2] of about 5 ⁇ to about 200 ⁇ , particularly from about 10 ⁇ to about 80 ⁇ , particularly from about 40 ⁇ to about 50 ⁇ , to obtain a purified initial viscous mixture substantially free of at least one contaminant.
  • the invention also relates to a process for purifying an initial viscous mixture as defined above, in which the sites of the active carbon capable of adsorbing the substance (s) responsible (s) ) of the viscosity of the initial viscous mixture are completely or partially saturated before the start of the purification process.
  • the invention also relates to a process for purifying an initial viscous mixture as defined above, in which the sites of the active carbon capable of adsorbing the substance (s) responsible (s) ) the viscosity of the initial viscous mixture are totally or partially saturated by the substance (s) responsible for the viscosity of the initial viscous mixture before the start of the purification process.
  • the active carbon may be advantageous to treat the active carbon before the start of the purification process to prevent it from adsorbing the substance (or substances) responsible for the viscosity of the initial viscous mixture during purification.
  • the invention also relates to a process for purifying an initial viscous mixture as defined above comprising a preliminary step of pretreatment of the activated carbon whose active sites are free by contacting said activated carbon and d a saturation mixture for the purpose of totally or partially saturating the active carbon sites capable of adsorbing the substance or substances responsible for the viscosity, said saturation mixture preferably containing the substance or substances responsible for the viscosity of the initial viscous mixture.
  • the initial viscous mixture is composed of several phases
  • the invention makes it possible to filter either the initial viscous mixture or one or more component phases.
  • the viscosity-conferring phases will have to be treated by the invention. That is, the salt phase, or a polymer phase that does not have a viscosity as described above, or a mixture of these two phases can not be treated alone by the invention.
  • the present invention also relates to a process for the purification of an initial viscous mixture or of at least one viscous single-phase mixture constituting said initial viscous mixture, containing at least one substance responsible for the viscosity thereof and at least one contaminant, comprising a step of filtering the initial viscous mixture, or at least one of the monophasic viscous mixtures, onto activated carbon, wherein the activated carbon is in the form of particles of average diameter D [ 3, 2] from about 5 ⁇ to about 200 ⁇ , particularly from about 10 ⁇ to about 80 ⁇ , particularly from about 40 ⁇ to about 50 ⁇ , and is disposed in a fixed bed on which said viscous mixture flows.
  • a purified initial viscous mixture, or at least one purified monophasic viscous mixture, substantially free of at least one contaminant said purification being preceded by a preliminary stage of conditioning the activated carbon.
  • the invention also relates to a method for purifying an initial viscous mixture as defined above, wherein said initial viscous mixture consists of:
  • said monophasic viscous mixture being an aqueous polymer phase containing at least one polymer and possibly at least one contaminant
  • an aqueous salt phase containing at least one salt and possibly at least one contaminant
  • said purified initial viscous mixture consists of:
  • said purified monophasic viscous mixture being a purified aqueous polymer phase containing at least one polymer and containing no more of said contaminant
  • a purified saline aqueous phase containing at least one salt and no longer containing any of said contaminant optionally, a purified saline aqueous phase containing at least one salt and no longer containing any of said contaminant.
  • the invention also relates to a process for purifying an initial viscous mixture as defined above, in which active active carbon sites capable of adsorbing the polymer are totally or partially saturated with said polymer beforehand. the beginning of the purification process.
  • Said purified initial viscous mixture contains at least one purified monophasic viscous mixture (a purified aqueous polymeric phase), if the initial viscous mixture does not contain an aqueous saline phase.
  • Said purified initial viscous mixture contains at least one purified monophasic viscous mixture (purified aqueous polymer phase), and a purified saline aqueous phase if the initial viscous mixture contains at least one monophasic viscous mixture (aqueous polymer phase), and an aqueous saline phase.
  • the process for purifying an initial viscous mixture on activated carbon as defined above may be preceded by a preliminary pretreatment step (also called conditioning) of activated carbon whose active sites are free by contacting said activated carbon and a saturation mixture in order to saturate all or part of the active carbon sites capable of adsorbing the substance or substances responsible for the viscosity, said saturation mixture preferably containing the substance or substances substances responsible for the viscosity of the initial viscous mixture, and may include:
  • said initial viscous mixture may consist of:
  • At least one monophasic viscous mixture (aqueous polymer phase)
  • said saturation mixture comprising the polymer of the aqueous polymer phase, and comprising:
  • the process for purifying an initial viscous mixture as defined above applies to an initial viscous mixture consisting of:
  • the said process for purifying an initial viscous mixture also applies in the case of a monophasic viscous mixture (aqueous polymer phase) and an aqueous salt phase, where the contaminant is present in the aqueous polymer phase.
  • the said process for purifying an initial viscous mixture is also applicable in the case of a monophasic viscous mixture (aqueous polymer phase) and an aqueous saline phase, where the contaminant is present in the saline phase.
  • the saline aqueous phase contains at least one contaminant
  • the monophasic viscous mixture aqueous polymer phase
  • the said purification process may also be used when the said initial viscous mixture consists of:
  • the present invention also relates to a process for purifying an initial viscous mixture as defined above, wherein said initial viscous mixture consists of:
  • said purified initial viscous mixture consists of:
  • said purification process is preceded by a preliminary pretreatment step (also called conditioning) of the activated carbon whose active sites are free by contacting said active carbon and a mixture saturating device for the purpose of totally or partially saturating the active carbon sites capable of adsorbing the substance or substances responsible for the viscosity, said saturation mixture comprising at least one polymer of at least one aqueous polymer phase, and comprises:
  • the initial viscous mixture consists of:
  • the monophasic viscous mixture contains at least one contaminant
  • the purification process is preceded by a preliminary step of pretreatment of the activated carbon whose active sites are free by contacting said active carbon and a saturation mixture in order to saturate totally or partially the activated carbon sites susceptible adsorbing the substance or substances responsible for the viscosity, said saturation mixture comprising the polymer of the aqueous polymer phase, and and the purification method comprises:
  • a filtration step enabling at least one contaminant to be removed from the monophasic viscous mixture, in order to obtain a purified monophasic viscous mixture, and a recovery step making it possible to isolate said purified monophasic viscous mixture.
  • the initial viscous mixture consists of two monophasic viscous mixtures, or two aqueous polymer phases, provided that at least one or both monophasic viscous mixtures contain at least one contaminant
  • the purification process is preceded by a preliminary step of pretreatment of the activated carbon whose active sites are free by contacting said activated carbon and a saturation mixture in order to saturate totally or partially the active carbon sites capable of adsorbing the substance or the substances responsible for the viscosity, said saturation mixture comprising at least one polymer of at least one aqueous polymer phase, and said method comprises:
  • At least one separation step in order to isolate the two viscous mixtures monophasic from each other and,
  • At least one recovery step in order to isolate said purified monophasic viscous mixtures.
  • Said purification process is especially used when the initial viscous mixture has a viscosity of from about 0.1 mPa.s to about 200 mPa.s, particularly from about 1 mPa.s to about 150 mPa.s, particularly from about 1 mPa.s to about 80 mPa.s.
  • This viscosity is considered at ambient temperature, at ambient pressure and at a shear rate of between 1 and 100 s -1 , during a flow measurement.
  • the said purification process is also used when at least one single-phase viscous mixture constituting the initial viscous mixture has a viscosity of from about 20 mPa.s to about 200 mPa.s, particularly from about 35 mPa.s to about 150 mPa.s. .s, particularly from about 50 mPa.s to about 80 mPa.s.
  • This viscosity is considered at ambient temperature, at ambient pressure and at a shear rate of between 1 and 100 s -1 , during a flow measurement.
  • the said purification process may be further used when the aqueous salt phase has a viscosity of from about 0.1 mPa.s to about 20 mPa.s, particularly from about 1 mPa.s to about 10 mPa.s. particularly from about 1 mPa.s to about 3 mPa.s.
  • This viscosity is considered at ambient temperature, at ambient pressure and at a shear rate of between 1 and 100 s -1 , during a flow measurement.
  • a polymeric aqueous phase is part of the initial viscous mixture.
  • the polymers that may be present in the aqueous polymer phase some are preferred.
  • the polymer contained in the monophasic viscous mixture is chosen from water-soluble polymers, in particular dextran, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, pullulan and Ficoll.
  • a saline phase is part of the initial viscous mixture.
  • the salt contained in the aqueous salt phase is chosen from among others: sodium sulphate, sodium carbonate, potassium carbonate, potassium citrate, potassium phosphate, sodium hydroxide, hydroxide of potassium, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, sodium fluoride, sodium formate, potassium thiocyanate, sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium carbonate, rubidium carbonate, cesium carbonate, lithium sulfate, sodium sulfate sodium, rubidium sulphate, cesium sulphate, magnesium sulphate, aluminum sulphate, iron sulphate, copper sulphate, zinc sulphate, alum, sodium selenate, sodium chromate, sodium molybdate, sodium tungstate, potassium hydrogen phosphate, sodium sulphate
  • the contaminant is a low-polar organic solute, especially a dye, a pesticide, a pharmaceutical compound, an alkaloid, a protein, a toxin, and more generally any organic compound having an octanol / water partition coefficient. greater than 1 and especially methylene blue.
  • the concentration of polymer in at least one of the monophasic viscous mixtures (aqueous polymer phases) is from about 10 g / L to about 1000 g / L, particularly from about 50 g / L to about 800 g / L, particularly from about 200 g / L to about 600 g / L.
  • the concentration of the polymer in the aqueous salt phase is from about 0 g / L to about 100 g / L, particularly from about 0 g / L to about 50 g / L, particularly about 0 g / L to about 10 g / L.
  • This process is also particularly when the concentration of the salt in at least one of the monophasic viscous mixtures (one of the aqueous polymer phases) is from about 1 g / l to about 200 g / l, particularly from about 5 g / l to about 100 g / L, particularly about 10 g / L to about 50 g / L;
  • the salt concentration in the aqueous salt phase is from about 10 g / l to about 800 g / l, particularly from about 20 g / l to about 600 g / l, particularly about 50 g / l. L at about 400 g / L;
  • the concentration of the contaminant in at least one of the monophasic viscous mixtures (aqueous polymer phases) is from about 0.001 g / l to about 10 g / l, particularly from about 0.01 g / l to about 1 g L, particularly from about 0.05 g / L to about 0.2 g / L;
  • concentration of the contaminant in the aqueous salt phase is from about 0.0001 g / L to about 10 g / L, particularly from about 0.0004 g / L to about 0.05 g / L L, particularly from about 0.002 g / L to about 0.01 g / L.
  • the active carbon is contained in a solid support, in particular a solid support in the form of a fixed bed, in particular a filtration cartridge.
  • said activated carbon is arranged in a fixed bed in a filtration cartridge.
  • the pressure applied to the initial viscous mixture at the inlet of the filter cartridge is from about 1 to about 10 bar, particularly from about 1 to about 5 bar, particularly about 1, 5 to about 3 bars.
  • one of the monophasic viscous mixtures has a density of about 1000 kg.m- 3 to about 1600 kg.m- 3 , particularly from about 1000 kg.m- 3 to about 1400. kg.m- 3 , especially from about 1000 kg.m- 3 to about 1200 kg.m- 3 , but also when the aqueous salt phase has a density of about 1000 kg.m- 3 to about 1600 kg.m "3 , especially about 1000 kg.m- 3 to about 1400 kg.m- 3 , particularly from about 1000 kg.m- 3 to about 1200 kg.m- 3 .
  • the ratio of the mass of activated carbon to the initial viscous mixture volume to be purified is from about 0.01 g / L to about 10 g / L, particularly about 0.02 g / L. L at about 5 g / L, particularly from about 0.1 g / L to about 1 g / L, and the ratio of activated carbon mass to the volume of viscous monophasic mixture to be purified is about 0.01 g / L at about 10 g / L, particularly about 0.02 g / L to about 5 g / L, particularly about 0.1 g / L to about 1 g / L.
  • this method does not include a heating step of said initial viscous mixture, which is an advantage in terms of simplicity of handling and energy saving
  • the temperature of the initial viscous mixture during the process is from about 0 ° C to about 40 ° C, particularly from about 10 ° C to about 35 ° C, particularly about 20 ° C to about 35 ° C, particularly about 20 ° C to about 25 ° C.
  • FIG. 1 represents the example of a pulverulent coal-based adsorption kinetics experiment, of an aqueous solution of PEG 600 on carbon Norit CGI.
  • the x-axis represents time, while the y-axis represents the z-ratio:
  • Figure 1 shows the result of 3 identical experiments.
  • the points of the first are represented by black diamonds, those of the second by gray squares and those of the third by black triangles.
  • Figure 2 shows the adsorption isotherm determined with the two pulverulent coals in the area of interest of the study, ie Norit CASPF and Norit CGI.
  • the axis of the abscissae represents the time, while the axis of the ordinates represents the ratio z:
  • Example 1 Activated carbon saturation
  • a preconditioning of the activated carbon is necessary and consists of bringing the activated carbon into contact with the aqueous polymer phase for 12 hours at room temperature before use in the cartridge.
  • This pre-conditioning makes it possible to saturate the active carbon with polymer, but it has been shown that its adsorption capacity of the pollutant is intact. Since the sites which can adsorb the polymer are saturated by preconditioning, when the cartridge is used for the purification of the initial viscous mixture, the filtered aqueous polymer phase contains a polymer concentration identical to that of the initial viscous mixture.
  • Example 2 Making a fixed bed
  • the realization of the fixed bed consists of depositing a defined quantity of activated carbon particles, previously packaged, inside a cylindrical container having at its base a pierced plate or a filter cloth (felt type).
  • the particles are mechanically packed after filling, to avoid the presence of dead volumes in the bed (which would lead to short circuits).
  • a second pierced plate or a layer of filter cloth is then deposited at the top of the particle bed and the assembly is held at constant volume by a screw clamping device.
  • Mechanical compression performed by moderate clamping and / or the use of ultrasound (so-called sonication operation) can be used to compact the bed of particles.
  • Example 3 separation process followed by regeneration on a cartridge of the extractant phase with a two-phase system comprising two aqueous polymer phases.
  • the contaminant is methylene blue in dextran.
  • the studied system consists of two phases:
  • aqueous phase 1 is brought into contact with the aqueous phase 2.
  • the methylene blue is then extracted from the aqueous phase 1.
  • the two phases are separated by decantation.
  • the aqueous phase 2 contaminated with methylene blue, is regenerated by adsorption in a cartridge containing Norit activated carbon CASPF.
  • Example 4 separation process involving the transfer of a solute from one phase to another and its selective adsorption on a solid support.
  • the contaminant is methylene blue.
  • the studied system consists of a mixture of two phases:
  • the aqueous phase 2 containing poly (ethylene glycol) and ammonium sulfate is treated by passing through a fixed bed of Norit activated carbon CASPF contained in a cartridge.
  • the mixture is separated by decantation.
  • the ability to adsorb the various constituents of a mixture is the most important factor in determining the performance of an adsorption process. It is therefore essential to know the partition of the solute considered between the adsorbent and the adsorbate (in the form of an equilibrium relationship) to size the process.
  • the curves that Most often characterize an adsorbent material are the adsorption isotherms. These give the adsorbed quantity of a constituent per unit mass of adsorbent as a function of the specific weight of this constituent in the fluid. For low levels, the amount of solute adsorbed on the solid is proportional to the solute content of the liquid phase. For high levels of solute there is a plateau of adsorbent, reflecting the saturation of the solid solute.
  • tests are generally carried out in a stirred batch reactor.
  • a known quantity of new adsorbent is placed in a beaker in the presence of a solution containing the component to be adsorbed at a known concentration.
  • the mixture is stirred. Once equilibrium is reached, the phases are separated and a material balance makes it possible to determine a point of the isotherm (xf; zf):
  • the aqueous polymer phase is a phase containing 433.7 g / l of PEG 6000.
  • PEG 6000 is meant a poly (ethylene glycol) with a narrow molecular weight distribution and a weight average molecular weight of 6000 g / mol.
  • narrow molecular weight distribution polymers having a molar mass distribution with a polymolecularity index of less than or equal to 2 and more particularly less than 1.1.
  • Polymolecularity index means the ratio of the mass average molar mass to the number average molar mass, these values being based on the molar mass distribution of the polymer sample in question.
  • the pollutant is methylene blue.
  • the repetition of the closed reactor measurements with different concentrations makes it possible to obtain the adsorption isotherm.
  • the concentrations of methylene blue are measured by UV-visible spectroscopy.
  • Examples 1, 2, 3 and 4 made it possible to illustrate the implementation of the invention through different processes and different initial viscous mixtures by the nature of the phases and the location of the contaminant.
  • Example 5 made it possible to demonstrate that only activated carbons according to the invention are effective for the purpose of removing the contaminant from the viscous mixture to be treated.
  • Example 6 Removal of compounds from a viscous aqueous mixture
  • a complex mixture (1% of blue patent V, 1% of tartrazine and 1% of citric acid) of green color is dissolved in a proportion of 1% by weight in a viscous aqueous solution containing about 10% by weight of glycerol, corresponding to a viscosity of about 60 mPa.s.
  • the mixture is pumped and passes through the filter cartridge previously described, filled with activated carbon previously conditioned by contact with a 10% aqueous solution of glycerol under a pressure of about 3 bar at a liquid flow rate of about 0.3 ml. min "1 over a period of approximately 120 hours.
  • the mixture recovered at the cartridge outlet is discolored, reflecting the elimination of origin to compounds of the coloring of the solution.
  • Methylene blue is dissolved in a low viscosity silicone oil (typically 70 mPa.s) at a rate of about 30 mg.L -1 .
  • the mixture is pumped and passes through the filter cartridge previously described, filled with activated carbon previously conditioned. by contact with the silicone oil under a pressure of about 3 bar at a liquid flow rate of about 0.3 ml.min -1 for a period of about 120 hours.
  • the mixture recovered at the outlet of the cartridge is discolored, thus indicating the elimination of methylene blue from the solution.
  • a complex mixture (1% of blue patent V, 1% of tartrazine and 1% of citric acid) of green color, is dissolved in an ionic liquid (Emim / Tf2N) at a rate of about 0.1% in mass.
  • the mixture is pumped and passes through the filter cartridge previously described, filled with activated carbon previously conditioned by contact with the pure ionic liquid under a pressure of about 3 bar at a liquid flow rate of about 0.3 mL .min -1 on
  • the mixture recovered at the outlet of the cartridge is discolored, thus resulting in the elimination of the compounds at the origin of the coloring of the solution.

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Abstract

L'invention concerne l'utilisation de charbon actif pour la mise en œuvre d'un procédé de purification d'un mélange visqueux initial contenant au moins une substance responsable de la viscosité de celui-ci et au moins un contaminant, ledit charbon actif étant sous la forme de particules d'un diamètre moyen D[3, 2] d'environ 5 μιη à environ 200 μιη, particulièrement d'environ 10 μιη à environ 80 μιη, particulièrement d'environ 40 μιη à environ 50 μιη.

Description

PROCEDE DE PURIFICATION D'UN MELANGE VISQUEUX CONTENANT UN OU
PLUSIEURS CONTAMINANTS
La présente invention concerne un procédé de purification d'un mélange visqueux contenant un ou plusieurs contaminants. En particulier l'invention concerne un procédé de purification d'une phase aqueuse polymère.
Les procédés de synthèse chimique ou de purification font souvent appel à des mélanges visqueux, et particulièrement des solutions aqueuses de polymères. Par exemples, les solutions aqueuses de polymères sont utilisées comme sorbants dans des procédés de purification comme il est montré dans WO 2008/127602, US 7 147 692, US 6 811 703 ou encore US 5 641 847. Il peut être avantageux de laver ces solutions en éliminant des impuretés afin de les réutiliser, comme dans WO 2008/127602.
Les méthodes couramment utilisées pour purifier des solutions visqueuses et notamment des solutions de polymères, sont l'extraction liquide/liquide, l'extraction liquide/solide, la séparation par membrane (dense ou poreuse). Ces méthodes ont pour inconvénient d'être complexes dans leur mise en œuvre, et d'utiliser pour certaines des solvants polluants ou dangereux.
Les charbons actifs sont couramment utilisés pour la purification de mélanges liquides à travers différents procédés (filtration sur lit fixe de charbon, mélange du charbon au mélange liquide suivi d'une filtration...). Leur utilisation est un moyen bien connu par l'homme de l'art pour être à la fois simple, écologique et bon marché.
L'utilisation de cette technique de purification n'est pas aisée lorsque le mélange à purifier est visqueux. Pour l'étape de filtration, il est décrit dans la littérature qu'il est préférable d'avoir un mélange à purifier avec une viscosité faible (inférieure ou égale à 1 mPa), à cause des pertes de charges inhérentes à la technique. Certaines méthodes proposent de diminuer la viscosité du mélange par chauffage ou dilution comme WO 2009/148791. L'utilisation de charbon avec des tailles de particules importantes (supérieures à 1mm), est recommandée dans le cas de mélanges visqueux: d'après la loi de Kozeny, la perte de charge est proportionnelle à l'inverse du carré du diamètre des particules. Ainsi, si la taille des particules est divisée par 10, la perte de charge est multipliée par 100. L'utilisation de charbons actifs peut de plus s'avérer inefficace pour retirer les impuretés contenues dans certaines solutions contenant des polymères, comme dans US 2 520 733, ou même absorber le polymère comme dans WO 97/03092.
L'ensemble de ces contraintes rend complexe la purification de mélanges visqueux, et particulièrement de mélanges contenant une ou plusieurs phases aqueuses polymères.
Le but de la présente invention est de proposer une méthode à la fois simple, efficace et écologique pour l'élimination d'un ou plusieurs contaminants d'un mélange visqueux.
La présente invention concerne l'utilisation de charbon actif pour la mise en œuvre d'un procédé de purification d'un mélange visqueux initial contenant au moins une substance responsable de la viscosité de celui-ci et au moins un contaminant, ledit charbon actif étant sous la forme de particules d'un diamètre moyen D[3, 2] d'environ 5 μιη à environ 200 μιη, particulièrement d'environ 10 μιη à environ 80 μιη, particulièrement d'environ 40 μιη à environ 50 μιη.
II a été constaté de façon inattendue que l'utilisation de charbon actif sur des particules de charbon actif de taille de 5 à 200 μιη permettait de purifier des mélanges visqueux avec un rendement d'au moins 90 % sans chauffage ni dilution du mélange visqueux initial.
Par « charbon actif » on désigne un solide amorphe constitué essentiellement de matière carbonée qui a une grande surface spécifique (comprise entre 400 et 2 500 m2/g) et qui est hydrophobe.
Par « diamètre moyen D[3, 2] », on désigne le diamètre qu'auraient toutes les particules d'un échantillon de particules dures parfaitement isométriques et qui développeraient une surface identique à celle de l'échantillon considéré (à masse de particules identique). Le diamètre moyen D[3, 2] est encore appelé « diamètre moyen en surface » ou « diamètre de Sauter ».
Par « Mélange visqueux initial », on désigne un fluide ou un mélange de fluides ayant une viscosité supérieure à environ 0,1 mPa.s. Cette viscosité est considérée à température ambiante, à pression ambiante et à une vitesse de cisaillement située entre 1 et 100 s"1, lors d' une mesure en écoulement (rhéomètre cône-plan diamètre 40 mm pour le cône, température 20 °C, vitesse de cisaillement variant entre 10 et 1000 s"1).
Par « substance responsable de la viscosité » on désigne le ou les composés du mélange visqueux initial lui conférant sa viscosité. Selon un mode de réalisation particulier, la présente invention concerne également l'utilisation de charbon actif pour la mise en œuvre d'un procédé de purification d'un mélange visqueux initial contenant au moins une substance responsable de la viscosité de celui-ci et au moins un contaminant, ledit charbon actif étant sous la forme de particules d'un diamètre moyen D[3, 2] d'environ 5 μιη à environ 200 μιη, particulièrement d'environ 10 μιη à environ 80 μιη, particulièrement d'environ 40 μιη à environ 50 μιη et étant disposé en lit fixe au travers duquel s'écoule ledit mélange, ledit procédé de purification étant précédé d'une étape préliminaire de conditionnement du charbon actif.
Par «lit fixe », on désigne un dispositif contenant des particules immobiles sur lequel s'écoule ledit mélange visqueux initial.
Ledit lit fixe a une porosité comprise entre 30 et 50 %, de préférence entre 35 et
45%.
Par « porosité », on désigne le rapport entre le volume de l'espace interstitiel laissé libre entre les particules immobiles du lit fixe et le volume total dudit lit fixe.
Les particules, préalablement conditionnées, sont disposées et tassées, par exemple de façon mécanique, afin de former ledit lit fixe.
En particulier, le lit fixe est constitué d'une cartouche comportant un espace cylindrique creux au sein duquel les particules, préalablement conditionnées, sont disposées et tassées mécaniquement.
Une toile filtrante ou une plaque percée peut être insérée de part et d'autre du lit fixe afin d'éviter tout entraînement par le fluide en mouvement.
Afin d'éviter que la substance (ou les substances) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial, comme un polymère par exemple, ne soit adsorbée(s) sur le charbon actif pendant la purification, il peut être nécessaire de saturer les sites actifs du charbon actif susceptibles d'adsorber la substance (ou les substances) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial avant la mise en œuvre du procédé de purification, au cours d'une étape préliminaire de conditionnement dudit charbon actif.
Par « sites actifs » on désigne des zones de la surface des particules de charbon dont la structure locale est telle qu'elle permet l'établissement d'interactions (plus ou moins fortes) avec les molécules de contaminant, ce qui conduit à Padsorption de ces molécules.
Par « sites actifs susceptibles d'adsorber la substance (ou les substances) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial », on désigne des zones de la surface des particules de charbon dont la structure locale est telle qu'elle permet l'établissement d'interactions (plus ou moins fortes) avec les molécules de la substance responsable de la viscosité du mélange visqueux initial, ce qui conduit à leur adsorption. Les « sites actifs » et les « sites actifs susceptibles d'adsorber la substance (ou les substances) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial » peuvent être identiques ou différents selon les situations.
Ainsi, la présente invention concerne également l'utilisation de charbon actif pour la mise en œuvre d'un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, dans laquelle les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la (ou les) substance(s) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial sont saturés totalement ou partiellement avant le début du procédé de purification.
Par « saturé totalement ou partiellement » on désigne la situation du charbon actif après un traitement appelé conditionnement ayant permis Γ adsorption de molécules sur une proportion plus ou moins grande des sites actifs accessibles dans une quantité donnée de charbon actif.
Par « le début du procédé » on désigne la mise en contact du mélange visqueux initial contenant au moins un contaminant avec le charbon actif.
Il a été constaté de façon surprenante que cette saturation permettait de limiter Γ adsorption de la substance (ou les substances) responsable(s) de la viscosité, tout en gardant intacte la capacité du charbon actif à éliminer le contaminant (ou les contaminants).
Ainsi, une sélectivité du charbon actif est induite par F adsorption d'un mélange de saturation sur celui-ci puisque le charbon actif n'élimine plus la (ou les) substance(s) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial, mais il élimine toujours le contaminant.
La présente invention concerne également l'utilisation de charbon actif pour la mise en œuvre d'un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, dans laquelle les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la (ou les) substance(s) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial sont saturés totalement ou partiellement par la (ou les) substance(s) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial avant le début du procédé de purification.
Lorsque le charbon actif est saturé avec un mélange de saturation qui n'est pas la substance responsable de la viscosité du mélange visqueux initial, il est avantageux que par compétition sur les sites du charbon actif, le charbon adsorbe la substance responsable de la viscosité du mélange visqueux initial et relargue un élément du mélange de saturation, polluant ainsi le mélange visqueux filtré. Afin de se prémunir de ce risque, il est possible d'utiliser un mélange de saturation comprenant la même substance que la substance responsable de la viscosité du mélange visqueux initial.
Le mélange, dans un mode de réalisation particulier peut être monophasique, diphasique ou triphasique.
Lorsque ledit mélange est monophasique, il peut alors être constitué d'une phase aqueuse polymère.
Lorsque ledit mélange est diphasique il peut être alors constitué:
- d'une phase saline et une phase aqueuse polymère, ou bien
- de deux phases aqueuses polymères insolubles.
Lorsque le mélange est triphasique il peut être constitué d'une phase saline et de deux phases aqueuses polymères.
Dans tous les cas ci-dessus, la viscosité est toujours conférée par au moins une des phases aqueuses polymère.
Par «phase aqueuse polymère », on désigne une phase aqueuse contenant des polymères en solution.
Par « contaminant », on désigne un constituant chimique que l'on souhaite extraire du mélange visqueux initial.
Lorsque le mélange visqueux initial est constitué de plusieurs phases, il est possible d'effectuer le traitement (également appelé conditionnement) par mise en contact avec le charbon actif d'une à la totalité des phases constituant le mélange visqueux initial. Dans le cas où une partie seulement du mélange visqueux initial est mise en contact, une étape de séparation (décantation par exemple) sera mise en place avant la mise en contact.
Ainsi, selon un mode de réalisation particulier, l'invention concerne également l'utilisation de charbon actif pour la mise en œuvre d'un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, ledit procédé de purification étant réalisé par mise en contact dudit mélange visqueux initial, ou d'au moins un des mélanges visqueux monophasiques contenus dans ledit mélange visqueux initial, avec ledit charbon actif, dans lequel le mélange visqueux initial, ou ledit mélange visqueux monophasique, contient au moins un contaminant, et ledit charbon actif étant sous la forme de particules d'un diamètre moyen D[3, 2] d'environ 5 μιη à environ 200 μιη, particulièrement d'environ 10 μιη à environ 80 μιη, particulièrement d'environ 40 μιη à environ 50 μιη. Dans le cas de l'existence de plusieurs phases, l'une au moins des phases conférant la viscosité est mise en contact avec le charbon actif dans le procédé de l'invention. En d'autres termes, la mise en contact du charbon actif selon l'invention n'a pas lieu avec une phase saline seule, ou avec une phase aqueuse qui n'a pas la viscosité telle que décrite précédemment, ou avec un mélange de deux phases qui n'a pas la viscosité décrite précédemment.
Lorsque le mélange visqueux initial comporte une phase ou deux phases, celles-ci pouvant être une phase aqueuse polymère et une phase saline, il est possible d'opérer le procédé de l'invention de différentes façons.
Selon un mode de réalisation particulier, l'invention concerne également l'utilisation de charbon actif pour la mise en œuvre d'un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, ledit procédé de purification étant réalisé par mise en contact dudit mélange visqueux initial, ou d'au moins un des mélanges visqueux monophasiques contenus dans ledit mélange visqueux initial, avec ledit charbon actif, dans lequel le mélange visqueux initial, ou ledit mélange visqueux monophasique, contient au moins un contaminant, et ledit charbon actif étant sous la forme de particules d'un diamètre moyen D[3, 2] d'environ 5 μιη à environ 200 μιη, particulièrement d'environ 10 μιη à environ 80 μιη, particulièrement d'environ 40 μιη à environ 50 μιη et étant disposé en lit fixe, ledit procédé de purification étant précédé d'une étape préliminaire de conditionnement du charbon actif dont les sites actifs sont libres par mise en contact dudit charbon actif et d'un mélange de saturation dans le but de saturer totalement ou partiellement les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la substance ou les substances responsables de la viscosité, ledit mélange de saturation contenant préférentiellement la substance ou les substances responsables de la viscosité du mélange visqueux initial.
Selon un mode de réalisation particulier, la présente invention porte sur l'utilisation de charbon actif pour la mise en œuvre d'un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, ledit mélange visqueux initial étant constitué:
- d'au moins un mélange visqueux monophasique, ledit mélange visqueux monophasique étant une phase aqueuse polymère, et ladite phase aqueuse polymère contenant au moins un polymère et éventuellement au moins un contaminant, et - éventuellement d'une phase aqueuse saline, ladite phase aqueuse saline contenant au moins un sel et éventuellement au moins un contaminant,
sous réserve que le contaminant est présent
- soit dans au moins une phase aqueuse polymère,
- soit dans la phase aqueuse saline, lorsqu'elle est présente,
- soit dans au moins une phase aqueuse polymère et dans la phase aqueuse saline lorsqu'elle est présente.
Selon un mode de réalisation particulier, la présente invention porte sur l'utilisation de charbon actif pour la mise en œuvre d'un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, dans laquelle les sites actifs du charbon actifs susceptibles d'adsorber le polymère sont totalement ou partiellement saturés par ledit polymère avant le début du procédé de purification.
En effet, afin d'éviter la pollution du mélange visqueux purifié par des éléments du mélange de saturation adsorbés sur des sites du charbon actif susceptibles d'adsorber le polymère, (le polymère pouvant remplacer lesdits éléments sur lesdits sites), il peut s'avérer avantageux de saturer avant l'étape de purification lesdits sites par ledit polymère.
S 'agissant plus précisément de la viscosité, celle du mélange visqueux initial peut être comprise d'environ 0,1 mPa.s à environ 200 mPa.s. Cette viscosité est considérée à température ambiante, à pression ambiante et à une vitesse de cisaillement située entre 1 et 100 s"1, lors d'une mesure en écoulement.
Ainsi, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel le mélange visqueux initial a une viscosité comprise d'environ 0,1 mPa.s à environ 200 mPa.s , particulièrement d'environ 1 mPa.s à environ 150 mPa.s, particulièrement d'environ 1 mPa.s à environ 80 mPa.s. Pour des viscosités inférieures à 0,1 mPa.s, la fîltration à travers un lit fixe ne pose aucun problème de perte de charge et la présente invention n'est donc pas pertinente. Pour des viscosités supérieures à 200 mPa.s la question de la perte de charge devient à nouveau péremptoire. Les valeurs de viscosité sont considérées à température ambiante, à pression ambiante et à une vitesse de cisaillement entre 1 et 100 s"1, lors d'une mesure en écoulement.
S 'agissant toujours de la viscosité, dans le cas ou le mélange est constitué d'au moins une phase aqueuse polymère, la viscosité d'au moins une phase aqueuse polymère peut être comprise entre environ 0,1 mPa.s et environ 200 mPa.s. Ainsi, selon autre un mode de réalisation particulier, l'utilisation de charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel les mélanges visqueux monophasiques, ou phases aqueuses polymères, ont une viscosité d'environ 20 mPa.s à environ 200 mPa.s, particulièrement d'environ 35 mPa.s à environ 150 mPa.s, particulièrement d'environ 50 mPa.s à environ 80 mPa.s. Pour des viscosités inférieures à 0,1 mPa.s, la filtration à travers un lit fixe ne pose aucun problème de perte de charge et la présente invention n'est donc pas pertinente. Pour des viscosités supérieures à 200 mPa.s la question de la perte de charge devient à nouveau péremptoire. Les valeurs de viscosité sont considérées à température ambiante, à pression ambiante et à une vitesse de cisaillement entre 1 et 100 s"1, lors d'une mesure en écoulement.
Dans le cas où le mélange visqueux initial comporte une phase saline, la viscosité de celle-ci peut être comprise d'environ 0,1 mPa.s à environ 20 mPa.s.
Ainsi, selon un autre mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel la phase aqueuse saline a une viscosité comprise d'environ 0,1 mPa.s à environ 20 mPa.s, particulièrement d'environ 1 mPa.s à environ 10 mPa.s, particulièrement d'environ 1 mPa.s à environ 3 mPa.s. Cette viscosité est considérée à température ambiante, à pression ambiante et à une vitesse de cisaillement située entre 1 et 100 s"1, lors d'une mesure en écoulement.
Parmi l'ensemble des mélanges visqueux présentés ci-avant, l'invention est plus particulièrement destinée à purifié certains types de mélanges visqueux, notamment les mélanges visqueux initiaux monophasiques.
Ainsi, selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel le mélange visqueux initial est un mélange visqueux monophasique, qui est une phase aqueuse polymère.
Parmi l'ensemble des mélanges visqueux présentés ci-avant, l'invention est plus particulièrement destinée à purifié certains types de mélanges visqueux, notamment les mélanges visqueux initiaux diphasiques composés d'une phase aqueuse polymère et d'une phase saline.
Ainsi, selon un autre mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel le mélange visqueux initial est constitué - d'un mélange visqueux monophasique, qui est une phase aqueuse polymère, et
- d'une phase aqueuse saline.
Le but de l'invention est de purifier un mélange visqueux initial, c'est-à-dire dans le cas du mélange visqueux diphasique défini ci-avant d'en éliminer un ou plusieurs contaminants. Dans le cas défini ci-dessus le contaminant peut être :
dans la phase aqueuse polymère uniquement,
dans la phase aqueuse et dans la phase saline,
dans la phase saline uniquement.
Ainsi, selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel le mélange visqueux monophasique contient au moins un contaminant.
Si le mélange visqueux initial contient une phase aqueuse polymère et une phase saline, le contaminant peut être en phase aqueuse polymère et en phase saline.
Ainsi, selon un autre mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel la phase aqueuse saline contient au moins un contaminant, et le mélange visqueux monophasique contient au moins un contaminant.
Dans ce cas, il est possible de séparer la phase saline et la phase aqueuse polymère et de mettre la phase aqueuse polymère en contact avec le charbon actif pour enlever le contaminant de la phase aqueuse polymère. Le contaminant de la phase saline peut alors être éliminé par une autre méthode (chromatographie par exemple). Il est également possible de mettre en contact le charbon actif avec le mélange visqueux initial pour éliminer le contaminant, puis de séparer la phase aqueuse polymère et la phase saline.
Le contaminant peut également ne se trouver que dans la phase saline. Ainsi, selon un autre mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel la phase aqueuse saline contient au moins un contaminant.
Dans ce cas, le charbon actif est mis en contact avec le mélange visqueux initial, c'est-à-dire avec le mélange constitué de la phase saline et de la phase aqueuse polymère.
Dans ce cas, la phase saline ne peut être mise seule au contact du charbon actif, mais doit être mise au contact du charbon actif en présence de la phase aqueuse polymère.
Une autre possibilité d'un mélange diphasique est le mélange de deux phases aqueuses polymères. Selon un autre mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise œuvre d'un procédé de purification dans lequel le mélange visqueux initial est diphasique, et est constitué de deux mélanges visqueux monophasiques.
La purification de ce mélange est d'éliminer un ou plusieurs contaminants contenus dans l'une des phases.
Ainsi, selon un autre mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel l'un des deux mélanges visqueux monophasiques contient au moins un contaminant.
La purification de ce mélange est d'éliminer un ou plusieurs contaminants contenus dans les deux phases.
Enfin, selon un autre mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel les deux mélanges visqueux monophasiques contiennent chacun au moins un contaminant.
Dans certains des modes de réalisation particuliers ci-avant, une ou deux phases aqueuses polymères font partie du mélange visqueux initial. Parmi tous les polymères pouvant être présent dans les phases aqueuses polymère, les polymères listés ci-dessous sont les plus souvent utilisés.
Ainsi, selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel le polymère est choisi parmi des polymères hydrosolubles notamment le dextrane, le poly(alcool vinylique), la poly(vinylpyrrolidone), le pullulane, le Ficoll, le poly(acrylamide), le poly(acide acrylique), le carboxymethyldextrane, l'hydroxypropyldextrane, l'éthylhydroxyéthylcellulose...) et particulièrement le polyéthylène glycol (PEG) et les polymères ayant une masse molaire moyenne en nombre comprise entre 400 et 100 000 g/mol.
Par « polymère hydrosoluble » on désigne un polymère ayant une solubilité dans l'eau supérieure ou égale à lg/L à température ambiante.
De même, dans certain des modes de réalisation particuliers ci-avant, une phase saline fait partie du mélange visqueux initial. Parmi tous les sels existants susceptibles de faire partie de cette phase saline, on peut mentionner ceux cités ci-après.
Ainsi, selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel le sel est choisi parmi notamment le sulfate de sodium, le carbonate de sodium, le carbonate de potassium, le citrate de potassium, le phosphate de potassium, hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium, hydroxyde de rubidium, hydroxyde de césium, fluorure de sodium, formate de sodium, thiocyanate de potassium, carbonate de sodium, carbonate de potassium, carbonate d'ammonium, carbonate de rubidium, carbonate de césium, sulfate de lithium, sulfate de sodium, sulfate de rubidium, sulfate de césium, sulfate de magnésium, sulfate d'aluminium, sulfate de fer, sulfate de cuivre, sulfate de zinc, alun, sélénate de sodium, chromate de sodium, molybdate de sodium, tungstate de sodium, hydrogénophosphate de potassium, sulfite de sodium, silicate de sodium, sulfure de sodium, succinate de sodium, tartrate de sodium, phosphate de sodium, phosphate de potassium, vanadate de sodium, citrate de sodium, citrate d'ammonium, orthosilicate de sodium, et notamment le sulfate d'ammonium ((NH4)2 S04).
S 'agissant du contaminant il peut-être un soluté organique peu polaire, notamment un colorant, un pesticide, un composé pharmaceutique, un alcaloïde, une protéine, une toxine, et plus généralement tout composé organique possédant un coefficient de partage octanol/eau supérieur à 1 et particulièrement le bleu de méthylène. Lorsque le soluté possède un coefficient de partage inférieur à 1, il ne peut pas être extrait par la phase polymère de façon suffisamment efficace.
Par « soluté organique peu polaire » on désigne tout composé organique possédant un coefficient de partage octanol/eau supérieur à 1.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le contaminant peut être un soluté aqueux polaire ou apolaire, notamment un colorant, un pesticide, un composé pharmaceutique, un alcaloïde, une protéine, une toxine, et particulièrement le bleu de méthylène.
Bien que l'ensemble des phases visqueuses contenant une phase aqueuse polymère puisse être traité par le procédé de l'invention, certaines concentrations de polymères en phase aqueuse sont plus particulièrement utilisées.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel la concentration de polymère dans au moins un des mélanges visqueux monophasiques est d'environ 10 g /L à environ 1000 g /L, particulièrement d'environ 50 g /L à environ 800 g
/L, particulièrement d'environ 200 g /L à environ 600 g /L. En dessous de 10 g/L, il n'est pas possible d'obtenir un système diphasique. 1000 g/L est une valeur très élevée qui représente la limite supérieure des concentrations rencontrées habituellement.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel la concentration de polymère dans la phase aqueuse saline est d'environ 0 g /L à environ 100 g /L, particulièrement d'environ 0 g /L à environ 50 g /L, particulièrement d'environ 0 g /L à environ 10 g /L.
Selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel la concentration du sel dans au moins un des mélanges visqueux monophasiques est d'environ 1 g /L à environ 200 g /L particulièrement d'environ 5 g /L à environ 100 g /L, particulièrement d'environ 10 g /L à environ 50 g /L.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel la concentration du sel dans la phase aqueuse saline est d'environ 10 g /L à environ 800 g /L, particulièrement d'environ 20 g /L à environ 600 g /L, particulièrement d'environ 50 g /L à environ 400 g /L.
Selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel la concentration du contaminant dans au moins un des mélanges visqueux monophasiques est d'environ 0,001 g /L à environ 10 g /L particulièrement d'environ 0,01 g /L à environ 1 g /L, particulièrement d'environ 0,05 g /L à environ 0,2 g /L.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel la concentration du contaminant dans la phase aqueuse saline est d'environ 0,0001 g /L à environ 10 g /L, particulièrement d'environ 0,004 g /L à environ 0,05 g /L, particulièrement d'environ 0,002 g /L à environ 0,01 g /L.
Selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel le charbon actif est contenu dans un support solide, notamment un support solide sous forme de lit fixe, notamment une cartouche de filtration. Selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel au moins un des mélanges visqueux monophasiques a une densité d'environ 1000 kg.m"3 à environ 1600 kg.m"3, particulièrement d'environ 1000 kg.m"3 à environ 1400 kg.m"3, particulièrement d'environ 1000 kg.m"3 à environ 1200 kg.m"3.
Selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel la phase aqueuse saline a une densité d'environ 1000 kg.m"3 à environ 1600 kg.m"3, particulièrement d'environ 1000 kg.m"3 à environ 1400 kg.m"3, particulièrement d'environ 1000 kg.m"3 à environ 1200 kg.m"3.
Selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel le rapport entre la masse de charbon actif et le volume de mélange visqueux initial à purifier est d'environ 0,01 g/L à environ 10 g/L , particulièrement d'environ 0,02 g/L à environ 5 g/L, particulièrement d'environ 0,1 g/L à environ 1 g/L.
Selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel le rapport entre la masse de charbon actif et le volume de mélange visqueux monophasique à purifier est d'environ 0,01 g/L à environ 10 g/L , particulièrement d'environ 0,02 g/L à environ 5 g/L, particulièrement d'environ 0,1 g/L à environ 1 g/L.
Un des aspects importants de l'invention est le fait que la méthode de purification de l'invention ne nécessite pas d'étape de chauffage, ni avant, ni pendant l'utilisation du charbon actif, ce qui a un grand intérêt pratique et économique.
Selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification ne comportant pas d'étape de chauffage dudit mélange visqueux initial.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le charbon actif tel que défini précédemment, est utilisé dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel la température du mélange visqueux initial, pendant le procédé, est comprise d'environ 0°C à environ 40°C, particulièrement d'environ 10°C à environ 35°C, particulièrement d'environ 20°C à environ 35°C, particulièrement d'environ 20°C à environ 25°C.
La présente invention porte également sur un procédé de purification d'un mélange visqueux initial ou d'au moins un mélange visqueux monophasique constituant ledit mélange visqueux initial, contenant au moins une substance responsable de la viscosité de celui-ci et au moins un contaminant, comprenant une étape de filtration du mélange visqueux initial, ou d'au moins un des mélanges visqueux monophasiques, sur du charbon actif, dans lequel le charbon actif est sous la forme de particules d'un diamètre moyen D[3, 2] d'environ 5 μιη à environ 200 μιη, particulièrement d'environ 10 μιη à environ 80 μιη, particulièrement d'environ 40 μιη à environ 50 μιη, pour obtenir un mélange visqueux initial purifié, ou au moins un mélange visqueux monophasique purifié, substantiellement dépourvu d'au moins un contaminant.
Afin d'éviter que la substance (ou les substances) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial, comme un polymère par exemple, ne soit adsorbée(s) sur le charbon actif pendant la purification, il peut être nécessaire de saturer les sites actifs du charbon actif susceptibles d'adsorber la substance (ou les substances) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial avant la mise en œuvre du procédé de purification.
Selon un mode de réalisation particulier, l'invention concerne également un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, dans laquelle les sites du charbon actif susceptibles d'absorber la (ou les) substance(s) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial sont saturés totalement ou partiellement avant le début du procédé de purification.
Il a été constaté de façon surprenante que cette saturation permettait de limiter l'adsorption de la substance (ou les substances) responsable(s) de la viscosité, tout en gardant intacte la capacité du charbon actif à éliminer le contaminant (ou les contaminants). Ainsi, une sélectivité du charbon actif est induite par l'adsorption d'un mélange de saturation sur celui-ci puisque le charbon actif n'élimine plus la (ou les) substance(s) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial, mais il élimine toujours le contaminant.
Selon un mode de réalisation particulier, l'invention concerne également un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, dans laquelle les sites du charbon actif susceptibles d'absorber la (ou les) substance(s) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial sont saturés totalement ou partiellement par la (ou les) substance(s) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial avant le début du procédé de purification.
Lorsque le charbon actif est saturé avec un mélange de saturation qui n'est pas la substance responsable de la viscosité du mélange visqueux initial, il est possible que par compétition sur les sites du charbon actif, le charbon adsorbe la substance responsable de la viscosité du mélange visqueux initial et relargue un élément du mélange de saturation, polluant ainsi le mélange visqueux filtré. Afin de se prémunir de ce risque, il est avantageux d'utiliser un mélange de saturation qui contienne la même substance que la substance responsable de la viscosité du mélange visqueux initial.
La présente invention porte de plus sur un procédé de purification d'un mélange visqueux initial contenant au moins une substance responsable de la viscosité de celui-ci et au moins un contaminant comprenant une étape de filtration du mélange visqueux initial sur du charbon actif, dans lequel le charbon actif est sous la forme de particules d'un diamètre moyen D[3, 2] d'environ 5 μιη à environ 200 μιη, particulièrement d'environ 10 μιη à environ 80 μιη, particulièrement d'environ 40 μιη à environ 50 μιη, pour obtenir un mélange visqueux initial purifié substantiellement dépourvu d'au moins un contaminant.
Selon un mode de réalisation particulier, l'invention concerne également un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, dans laquelle les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la (ou les) substance(s) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial sont saturés totalement ou partiellement avant le début du procédé de purification.
Selon un mode de réalisation particulier, l'invention concerne également un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, dans laquelle les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la (ou les) substance(s) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial sont saturés totalement ou partiellement par la (ou les) substance(s) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial avant le début du procédé de purification.
Comme il a été indiqué ci-avant, il peut être avantageux de traiter le charbon actif avant le début du procédé de purification afin d'éviter qu'il n'adsorbe la substance (ou les substances) responsable(s) de la viscosité du mélange visqueux initial pendant la purification.
Selon un mode de réalisation particulier, l'invention concerne également un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment comprenant une étape préliminaire de prétraitement du charbon actif dont les sites actifs sont libres par mise en contact dudit charbon actif et d'un mélange de saturation dans le but de saturer totalement ou partiellement les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la substance ou les substances responsables de la viscosité, ledit mélange de saturation contenant préférentiellement la substance ou les substances responsables de la viscosité du mélange visqueux initial.
Comme précédemment, lorsque le mélange visqueux initial est composé de plusieurs phases, il est possible de ne traiter par l'invention qu'une partie des phases, après séparation de celles-ci (par décantation par exemple). L'invention permet de filtrer soit le mélange visqueux initial soit une ou plusieurs phases le composant.
Dans le cas de l'existence de plusieurs phases, au moins une des phases conférant la viscosité devra être traitée par l'invention. C'est-à-dire que la phase saline, ou une phase polymère qui n'aurait pas une viscosité telle que décrite précédemment, ou un mélange de ces deux phases ne peuvent être traités seuls par l'invention.
Selon un mode de réalisation particulier, la présente invention concerne également un procédé de purification d'un mélange visqueux initial ou d'au moins un mélange visqueux monophasique constituant ledit mélange visqueux initial, contenant au moins une substance responsable de la viscosité de celui-ci et au moins un contaminant, comprenant une étape de filtration du mélange visqueux initial, ou d'au moins un des mélanges visqueux monophasiques, sur du charbon actif, dans lequel le charbon actif est sous la forme de particules d'un diamètre moyen D[3, 2] d'environ 5 μιη à environ 200 μιη, particulièrement d'environ 10 μιη à environ 80 μιη, particulièrement d'environ 40 μιη à environ 50 μιη, et est disposé en lit fixe sur lequel s'écoule ledit mélange visqueux initial, pour obtenir un mélange visqueux initial purifié, ou au moins un mélange visqueux monophasique purifié, substantiellement dépourvu d'au moins un contaminant, ledit procédé de purification étant précédé d'une étape préliminaire de conditionnement du charbon actif.
Selon un mode de réalisation particulier, l'invention concerne également un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, dans lequel ledit mélange visqueux initial est constitué :
- d'au moins un mélange visqueux monophasique, ledit mélange visqueux monophasique étant une phase aqueuse polymère contenant au moins un polymère et éventuellement au moins un contaminant, et
- éventuellement d'une phase aqueuse saline contenant au moins un sel et éventuellement au moins un contaminant,
sous réserve que le contaminant est présent
- soit dans au moins un mélange visqueux monophasique, - soit dans la phase aqueuse saline lorsqu'elle est présente,
- soit dans au moins un mélange visqueux monophasique et dans la phase aqueuse saline lorsqu'elle est présente, et
dans lequel ledit mélange visqueux initial purifié est constitué :
- d'au moins un mélange visqueux monophasique purifié, ledit mélange visqueux monophasique purifié étant une phase aqueuse polymère purifiée contenant au moins un polymère et ne contenant plus de susdit contaminant, et
- éventuellement d'une phase aqueuse saline purifiée contenant au moins un sel et ne contenant plus de susdit contaminant.
Selon un mode de réalisation particulier, l'invention concerne également un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, dans lequel les sites actifs du charbon actifs susceptibles d'adsorber le polymère sont totalement ou partiellement saturés par ledit polymère avant le début du procédé de purification.
Ledit mélange visqueux initial purifié contient au moins un mélange visqueux monophasique purifié (une phase aqueuse polymère purifiée), si le mélange visqueux initial ne contient pas de phase aqueuse saline.
Ledit mélange visqueux initial purifié contient au moins un mélange visqueux monophasique purifié (phase aqueuse polymère purifiée), et une phase aqueuse saline purifiée si le mélange visqueux initial contient au moins un mélange visqueux monophasique (phase aqueuse polymère), et une phase aqueuse saline.
Ainsi, dans la présente invention le procédé de purification d'un mélange visqueux initial sur du charbon actif tel que défini précédemment, peut être précédé d'une étape préliminaire de prétraitement (également appelée conditionnement) du charbon actif dont les sites actifs sont libres par mise en contact dudit charbon actif et d'un mélange de saturation dans le but de saturer totalement ou partiellement les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la substance ou les substances responsables de la viscosité, ledit mélange de saturation contenant préférentiellement la substance ou les substances responsables de la viscosité du mélange visqueux initial, et peut comprendre :
- au moins une étape de mise en contact d'un mélange visqueux initial avec du charbon actif sous forme de lit fixe, par écoulement du mélange visqueux initial à travers ledit lit fixe, contenant ledit charbon actif, permettant la filtration dudit mélange visqueux initial et Padsorption d'au moins un des contaminants sur le charbon actif pour obtenir un mélange visqueux initial purifié, et - au moins une étape de récupération du mélange visqueux initial purifié à partir dudit lit fixe, contenant le charbon actif.
De plus dans le procédé de purification d'un mélange visqueux initial sur du charbon actif tel que défini précédemment, ledit mélange visqueux initial peut être constitué :
- d'au moins un mélange visqueux monophasique (phase aqueuse polymère), et
- d'éventuellement une phase aqueuse saline, et
être précédé d'une étape préliminaire de prétraitement du charbon actif dont les sites actifs sont libres par mise en contact dudit charbon actif et d'un mélange de saturation dans le but de saturer totalement ou partiellement les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la substance ou les substances responsables de la viscosité, ledit mélange de saturation comprenant le polymère de la phase aqueuse polymère, et comprendre :
- au moins une étape de mise en contact d'un mélange visqueux initial avec du charbon actif, contenu dans un support solide, par écoulement du mélange visqueux initial à travers ledit support solide, contenant ledit charbon actif, permettant la filtration dudit mélange visqueux initial et l'adsorption d'au moins un des contaminants sur le charbon actif pour obtenir un mélange visqueux initial purifié, ledit mélange visqueux initial purifié étant alors constitué
- d'au moins un mélange visqueux monophasique purifié (phase aqueuse polymère purifiée), et
- d'éventuellement une phase aqueuse saline purifiée, et
- au moins une étape de récupération du mélange visqueux initial purifié à partir dudit support solide contenant le charbon actif, et
- au moins une étape de séparation du mélange visqueux initial purifié afin d'isoler au moins un mélange visqueux monophasique (phase aqueuse polymère), et éventuellement une phase aqueuse saline.
Par « Séparation » on désigne la transformation d'un mélange de substances en deux ou plusieurs composants distincts.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, s'applique à un mélange visqueux initial constitué :
- d'un mélange visqueux monophasique (phase aqueuse polymère), et
- d'une phase aqueuse saline, et dans lequel ledit mélange visqueux initial purifié est constitué :
- d'un mélange visqueux monophasique purifié (phase aqueuse polymère purifiée), et
- d'une phase aqueuse saline purifiée.
Le dit procédé de purification d'un mélange visqueux initial s'applique également dans le cas d'un mélange visqueux monophasique (phase aqueuse polymère) et d'une phase aqueuse saline, où le contaminant est présent dans la phase aqueuse polymère.
Le dit procédé de purification d'un mélange visqueux initial s'applique également dans le cas d'un mélange visqueux monophasique (phase aqueuse polymère) et d'une phase aqueuse saline, où le contaminant est présent dans la phase saline.
Il s'applique également lorsque la phase aqueuse saline contient au moins un contaminant, et que le mélange visqueux monophasique (phase aqueuse polymère), contient au moins un contaminant.
Le dit procédé de purification peut également être utilisé lorsque ledit mélange visqueux initial est constitué :
- de deux mélanges visqueux monophasiques (phases aqueuses polymères), et dans lequel ledit mélange visqueux initial purifié est constitué :
- de deux mélanges visqueux monophasiques purifiés (phases aqueuses polymères purifiées).
D'autres utilisations de ce procédé sont celles dans lesquelles l'un des mélanges visqueux monophasiques constituant le mélange visqueux initial, contient au moins un contaminant, ou lorsque le mélange visqueux initial est composé de deux mélanges visqueux monophasiques, les deux mélanges visqueux monophasiques contenant chacun au moins un contaminant.
La présente invention concerne également un procédé de purification d'un mélange visqueux initial tel que défini précédemment, dans lequel ledit mélange visqueux initial est constitué :
- d'un mélange visqueux monophasique (phase aqueuse polymère), et
dans lequel ledit mélange visqueux initial purifié est constitué :
- d'un mélange visqueux monophasique purifié (phase aqueuse polymère purifiée).
Selon un mode de réalisation préférentiel, ledit procédé de purification est précédé d'une étape préliminaire de prétraitement (également appelée conditionnement) du charbon actif dont les sites actifs sont libres par mise en contact dudit charbon actif et d'un mélange de saturation dans le but de saturer totalement ou partiellement les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la substance ou les substances responsables de la viscosité, ledit mélange de saturation comprenant au moins un polymère d'au moins une phase aqueuse polymère, et comprend :
- au moins une étape de séparation du mélange visqueux initial en autant de mélanges visqueux monophasiques que ledit mélange visqueux initial contient de phases aqueuses polymère, chacun des mélanges visqueux monophasiques contenant éventuellement un contaminant, et
- au moins une étape de mise en contact d'au moins un des mélanges visqueux monophasiques contenant au moins un contaminant avec du charbon actif, par écoulement du mélange visqueux monophasique à travers un lit fixe, contenant ledit charbon actif, permettant la filtration dudit mélange visqueux monophasique et l'adsorption d'au moins un des contaminants sur le charbon actif pour obtenir un mélange visqueux monophasique purifié, et
- au moins une étape de récupération dudit mélange visqueux monophasique purifié à partir dudit lit fixe, contenant le charbon actif.
Selon un autre mode de réalisation préférentiel le mélange visqueux initial est constitué :
- d'un mélange visqueux monophasique (phase aqueuse polymère), et
- d'une phase aqueuse saline,
sous réserve que le mélange visqueux monophasique contienne au moins un contaminant,
le procédé de purification est précédé d'une étape préliminaire de prétraitement du charbon actif dont les sites actifs sont libres par mise en contact dudit charbon actif et d'un mélange de saturation dans le but de saturer totalement ou partiellement les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la substance ou les substances responsables de la viscosité, ledit mélange de saturation comprenant le polymère de la phase aqueuse polymère, et et le procédé de purification comporte :
- une étape de séparation permettant l'isolation du mélange visqueux monophasique,
- une étape de filtration permettant de retirer du mélange visqueux monophasique au moins un contaminant, afin d'obtenir un mélange visqueux monophasique purifié, et - une étape de récupération permettant d'isoler ledit mélange visqueux monophasique purifié.
Selon un autre mode de réalisation préférentiel le mélange visqueux initial est constitué de deux mélanges visqueux monophasiques, ou deux phases aqueuses polymères, sous réserve que au moins un, ou les deux, mélanges visqueux monophasique contiennent au moins un contaminant, le procédé de purification est précédé d'une étape préliminaire de prétraitement du charbon actif dont les sites actifs sont libres par mise en contact dudit charbon actif et d'un mélange de saturation dans le but de saturer totalement ou partiellement les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la substance ou les substances responsables de la viscosité, ledit mélange de saturation comprenant au moins un polymère d'au moins une phase aqueuse polymère, et ledit procédé comprend :
- au moins une étape de séparation afin d'isoler les deux mélanges visqueux monophasique l'un de l'autre et,
- au moins une étape de fîltration pour chaque mélange visqueux monophasique contenant au moins un contaminant, afin d'obtenir deux mélanges visqueux monophasiques purifiés séparés l'un de l'autre, et
- au moins une étape de récupération afin d'isoler lesdits mélanges visqueux monophasiques purifiés.
Le dit procédé de purification est notamment utilisé lorsque le mélange visqueux initial a une viscosité comprise d'environ 0,1 mPa.s à environ 200 mPa.s, particulièrement d'environ 1 mPa.s à environ 150 mPa.s, particulièrement d'environ 1 mPa.s à environ 80 mPa.s. Cette viscosité est considérée à température ambiante, à pression ambiante et à une vitesse de cisaillement située entre 1 et 100 s"1, lors d'une mesure en écoulement.
Le dit procédé de purification est également utilisé lorsque au moins un mélange visqueux monophasique constituant le mélange visqueux initial a une viscosité comprise d'environ 20 mPa.s à environ 200 mPa.s, particulièrement d'environ 35 mPa.s à environ 150 mPa.s, particulièrement d'environ 50 mPa.s à environ 80 mPa.s. Cette viscosité est considérée à température ambiante, à pression ambiante et à une vitesse de cisaillement située entre 1 et 100 s"1, lors d'une mesure en écoulement.
Le dit procédé de purification peut être de plus utilisé lorsque la phase aqueuse saline a une viscosité comprise d'environ 0,1 mPa.s à environ 20 mPa.s, particulièrement d'environ 1 mPa.s à environ 10 mPa.s, particulièrement d'environ 1 mPa.s à environ 3 mPa.s. Cette viscosité est considérée à température ambiante, à pression ambiante et à une vitesse de cisaillement située entre 1 et 100 s"1, lors d'une mesure en écoulement.
Dans certains des modes de réalisation particuliers ci-avant, une phase aqueuse polymère fait partie du mélange visqueux initial. Parmi tous les polymères pouvant être présents dans la phase aqueuse polymère, certains sont privilégiés.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le polymère contenu dans le mélange visqueux monophasique (phase aqueuse polymère), est choisi parmi des polymères hydrosolubles, notamment le dextrane, le poly(alcool vinylique), la poly(vinylpyrrolidone), le pullulane, le Ficoll, le poly(acrylamide), le poly(acide acrylique), le carboxymethyldextrane, l'hydroxypropyldextrane, l'éthylhydroxyéthylcellulose...) et particulièrement le polyéthylène glycol (PEG), et les polymères ayant une masse molaire moyenne en nombre comprise entre 400 et 100 000 g/mol.
De même, dans certain des modes de réalisation particuliers ci-avant, une phase saline partie du mélange visqueux initial. Parmi tous les sels existants pour cette phase saline, certains sont privilégiés. Selon un mode de réalisation préférentiel, le sel contenu dans la phase aqueuse saline est choisi parmi notamment : le sulfate de sodium, le carbonate de sodium, le carbonate de potassium, le citrate de potassium, le phosphate de potassium, hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium, hydroxyde de rubidium, hydroxyde de césium, fluorure de sodium, formate de sodium, thiocyanate de potassium, carbonate de sodium, carbonate de potassium, carbonate d'ammonium, carbonate de rubidium, carbonate de césium, sulfate de lithium, sulfate de sodium, , sulfate de rubidium, sulfate de césium, sulfate de magnésium, sulfate d'aluminium, sulfate de fer, sulfate de cuivre, sulfate de zinc, alun, sélénate de sodium, chromate de sodium, molybdate de sodium, tungstate de sodium, hydrogénophosphate de potassium, sulfite de sodium, silicate de sodium, sulfure de sodium, succinate de sodium, tartrate de sodium, phosphate de sodium, phosphate de potassium, vanadate de sodium, citrate de sodium, citrate d'ammonium, orthosilicate de sodium, et notamment le sulfate d'ammonium ((NH4)2 S04).
Selon un mode de réalisation particulier, le contaminant est un soluté organique peu polaire, notamment un colorant, un pesticide, un composé pharmaceutique, un alcaloïde, une protéine, une toxine, et plus généralement tout composé organique possédant un coefficient de partage octanol/eau supérieur à 1 et particulièrement le bleu de méthylène.
Selon un autre mode de réalisation particulier la concentration de polymère dans au moins un des mélanges visqueux monophasiques (phases aqueuses polymères), est d'environ 10 g /L à environ 1000 g /L, particulièrement d'environ 50 g /L à environ 800 g /L, particulièrement d'environ 200 g /L à environ 600 g /L.
Selon un autre mode de réalisation particulier la concentration du polymère dans la phase aqueuse saline est d'environ 0 g /L à environ 100 g /L, particulièrement d'environ 0 g /L à environ 50 g /L, particulièrement d'environ 0 g /L à environ 10 g /L.
Ce procédé est aussi notamment lorsque la concentration du sel dans au moins un des mélanges visqueux monophasique (une des phases aqueuses polymères), est d'environ 1 g /L à environ 200 g /L, particulièrement d'environ 5 g /L à environ 100 g /L, particulièrement d'environ 10 g /L à environ 50 g /L ;
- ou bien lorsque la concentration du sel dans la phase aqueuse saline est d'environ 10 g /L à environ 800 g /L, particulièrement d'environ 20 g /L à environ 600 g /L, particulièrement d'environ 50 g /L à environ 400 g /L ;
- ou encore lorsque la concentration du contaminant dans au moins un des mélanges visqueux monophasiques (phases aqueuses polymères) est d'environ 0,001 g /L à environ 10 g /L, particulièrement d'environ 0,01 g /L à environ 1 g /L, particulièrement d'environ 0,05 g /L à environ 0,2 g /L ;
- ou bien alors lorsque dans lequel la concentration du contaminant dans la phase aqueuse saline est d'environ 0,0001 g /L à environ 10 g /L, particulièrement d'environ 0,0004 g /L à environ 0,05 g /L, particulièrement d'environ 0,002 g /L à environ 0,01 g /L.
Selon un mode de réalisation particulier, le charbon actif est contenu dans un support solide, notamment un support solide sous forme de lit fixe, notamment une cartouche de filtration. De préférence, ledit charbon actif est disposé en lit fixe dans une cartouche de filtration.
Selon un mode de réalisation particulier, la pression appliquée au mélange visqueux initial à l'entrée de la cartouche de filtration est comprise d'environ 1 à environ 10 bars, particulièrement d'environ 1 à environ 5 bars, particulièrement d'environ 1,5 à environ 3 bars.
Selon un autre mode de réalisation un des mélanges visqueux monophasique (phases aqueuses polymères) a une densité d'environ 1000 kg.m"3 à environ 1600 kg.m"3, particulièrement d'environ 1000 kg.m"3 à environ 1400 kg.m"3, particulièrement d'environ 1000 kg.m"3 à environ 1200 kg.m"3, mais aussi lorsque la phase aqueuse saline a une densité d'environ 1000 kg.m"3 à environ 1600 kg.m"3, particulièrement d'environ 1000 kg.m"3 à environ 1400 kg.m"3, particulièrement d'environ 1000 kg.m"3 à environ 1200 kg.m"3.
Selon un mode de réalisation particulier, le rapport entre la masse de charbon actif et le volume de mélange visqueux initial à purifier est d'environ 0,01 g/L à environ 10 g/L, particulièrement d'environ 0,02 g/L à environ 5 g/L, particulièrement d'environ 0,1 g/L à environ 1 g/L, et le rapport entre la masse de charbon actif et le volume de mélange visqueux monophasique à purifier est d'environ 0,01 g/L à environ 10 g/L, particulièrement d'environ 0,02 g/L à environ 5 g/L, particulièrement d'environ 0,1 g/L à environ 1 g/L.
Selon un autre mode de réalisation particulier, ce procédé ne comporte pas d'étape de chauffage dudit mélange visqueux initial, ce qui est un avantage en termes de simplicité de manipulation et d'économie d'énergie
Enfin, selon un autre mode de réalisation, la température du mélange visqueux initial, pendant le procédé, est comprise d'environ 0°C à environ 40°C, particulièrement d'environ 10°C à environ 35°C, particulièrement d'environ 20°C à environ 35°C, particulièrement d'environ 20°C à environ 25°C.
DESCRIPTION DES FIGURES
Figure 1 :
La figure 1 représente l'exemple d'une expérience de cinétique d'adsorption batch sur charbon pulvérulent, d'une solution aqueuse de PEG 600 sur charbon Norit CGI . L'axe des abscisses représente le temps, tandis que l'axe des ordonnées représente le rapport z :
_ M - (x, - xf )
m
Avec Xi le titre massique initial, Xf le titre massique final, Zf la capacité finale de l'adsorbant, M la masse de solution, m la masse d'adsorbant.
La figure 1 montre le résultat de 3 expériences identiques. Les points de la première sont représentés par des losanges noirs, ceux de la seconde par des carrés gris et ceux de la troisième par des triangles noirs.
Figure 2 :
La figure 2 présente l'isotherme d'adsorption déterminée avec les deux charbons pulvérulents dans le domaine d'intérêt de l'étude, c'est-à-dire Norit CASPF et Norit CGI . Là encore l'axe des abscisses représente le temps, tandis que l'axe des ordonnées représente le rapport z :
_ M - (x, - xf )
m
Avec Xi le titre massique initial, Xf le titre massique final, Zf la capacité finale de l'adsorbant, M la masse de solution, m la masse d'adsorbant.
Les points correspondants à Norit CASPF sont représentés par des losanges noirs et ceux correspondants à Norit CGI sont représentés par des croix.
PARTIE EXPERIMENTALE
Le procédé de l'invention a été testé selon différents modes de réalisation. Exemple 1 : saturation du charbon actif
La filtration de PEG 5000 à une concentration variant entre 350 et 390 g/kg dans l'eau sur charbon actif Norit CASPF à température ambiante a permis de montrer que l'adsorption du polymère sur le charbon actif est de 0,11 g de polymère par g de charbon actif.
II a été également observé que pour une masse de charbon actif égale à 2,58 kg, en filtrant en continu une solution de PEG 5000 à une concentration variant entre 350 et 390 g/kg dans l'eau, le temps nécessaire pour retrouver la concentration d'entrée du polymère est d'environ 500 min.
De ce fait, un pré-conditionnement du charbon actif est nécessaire et consiste à mettre en contact le charbon actif avec la phase aqueuse polymère pendant 12 heures à température ambiante avant utilisation dans la cartouche. Ce pré-conditionnement permet de saturer le charbon actif en polymère, mais il a été montré que sa capacité d'adsorption du polluant est intacte. Les sites pouvant adsorber le polymère étant saturés par le préconditionnement, lorsque la cartouche est utilisée pour la purification du mélange visqueux initial, la phase aqueuse polymère filtrée contient une concentration en polymère identique à celle du mélange visqueux initial.
Tous les exemples ci-après ont été effectués sur des charbons actifs traités comme ci-avant avec le polymère contenu dans la phase aqueuse initiale. Exemple 2 : réalisation d'un lit fixe
La réalisation du lit fixe consiste à déposer une quantité définie de particules de charbon actif, préalablement conditionnées, à l'intérieur d'un container cylindrique comportant à sa base une plaque percée ou un tissu filtrant (type feutre). Les particules sont tassées mécaniquement suite au remplissage, afin d'éviter la présence de volumes morts dans le lit (qui conduirait à des court-circuits). Une deuxième plaque percée ou une couche de tissu filtrant est alors déposée au sommet du lit de particules et l'ensemble est maintenu à volume constant par un dispositif de serrage à vis. Une compression mécanique réalisée par un serrage modérée et/ou l'utilisation d'ultra-sons (opération dite de sonication) peuvent être utilisés afin de tasser au mieux le lit de particules.
Exemple 3 : procédé de séparation suivie d'une régénération sur cartouche de la phase extractante avec un système diphasique comportant deux phases aqueuses polymère.
Le contaminant étant le bleu de méthylène dans le dextrane.
Le système étudié est constitué de deux phases:
La phase aqueuse 1 contenant du dextrane ainsi que du bleu de méthylène (contaminant)
La phase aqueuse 2 contenant du poly(éthylène glycol)
Dans une ampoule à décanter la phase aqueuse 1 est mise en contact avec la phase aqueuse 2. Le bleu de méthylène est alors extrait de la phase aqueuse 1.
Les deux phases sont séparées par décantation.
La phase aqueuse 2, contaminée par le bleu de méthylène, est régénérée par adsorption dans une cartouche contenant du charbon actif Norit CASPF.
Exemple 4: procédé de séparation impliquant simultanément le transfert d'un soluté d'une phase à l'autre et son adsorption sélective sur un support solide.
Le contaminant est le bleu de méthylène.
Le système étudié est constitué d'un mélange de deux phases:
La phase aqueuse 1 contenant du sulfate d'ammonium, et une faible quantité de poly(éthylène glycol) ainsi que du bleu de méthylène (contaminant)
La phase aqueuse 2 contenant poly(éthylène glycol) et du sulfate d'ammonium Le mélange visqueux constitué de ces deux phases est traité par passage à travers un lit fixe de charbon actif Norit CASPF contenu dans une cartouche.
Le mélange est séparé par décantation.
Exemple 5 : Etude comparative de différents charbons actifs.
La capacité d'adsorber les différents constituants d'un mélange constitue le facteur le plus important pour déterminer les performances d'un procédé d' adsorption. Il est donc essentiel de connaître le partage du soluté considéré entre l'adsorbant et l'adsorbat (sous la forme d'une relation d'équilibre) pour pouvoir dimensionner le procédé. Les courbes qui caractérisent le plus souvent un matériau adsorbant sont les isothermes d'adsorption. Celles-ci donnent la quantité adsorbée d'un constituant par unité de masse d'adsorbant en fonction du titre massique de ce constituant dans le fluide. Pour de faibles teneurs, la quantité de soluté adsorbée sur le solide est proportionnelle à la teneur en soluté de la phase liquide. Pour de fortes teneurs en soluté on observe un palier d'adsorbant, traduisant la saturation du solide en soluté.
Pour déterminer les isothermes d'adsorption, on effectue en général des essais dans un réacteur batch agité. On place dans un bêcher une quantité connue d'adsorbant neuf en présence de solution contenant le constituant à adsorber à une concentration connue. Pour accélérer l'étape de transfert externe, on agite le mélange. Une fois l'équilibre atteint, on sépare les phases et un bilan de matière permet de déterminer un point de l'isotherme (xf ; zf):
M ■xi = M ■ xf + m zf
Avec Xi le titre massique initial, Xf le titre massique final, Zf la capacité finale de l'adsorbant, M la masse de solution, m la masse d'adsorbant. La masse de produit adsorbé par unité de masse d'adsorbant est donnée par :
_ M - (x, - xf )
m
La phase aqueuse polymère est une phase contenant 433,7g/L de PEG 6000.
Par « PEG 6000 » on désigne un poly(éthylène glycol) de distribution de masses molaires étroite et dont la masse molaire moyenne en masse est égale à 6000 g/moL
Par « distribution de masse molaire étroite » on désigne les polymères présentant une distribution de masses molaires avec un indice de polymolécularité inférieur ou égal à 2 et plus particulièrement inférieur à 1 , 1.
Par « indice de polymolécularité » on entend le rapport de la masse molaire moyenne en masse à la masse molaire moyenne en nombre, ces valeurs étant fondées sur la distribution de masse molaire de l'échantillon de polymère considéré.
Voici les caractéristiques de ladite phase aqueuse polymère:
Le polluant est le bleu de méthylène. La répétition des mesures en réacteur fermé avec différentes concentrations permet d'obtenir l'isotherme d'adsorption.
Dans un premier temps des mesures d'adsorption du bleu de méthylène contenu dans la phase polymère ont été effectuées sur du charbon actif présent sous forme de bâtonnets cylindriques de 0,8 mm de diamètre et d'environ 5 mm de longueur.
Les concentrations en bleu de méthylène sont mesurées par spectroscopie UV- visible.
Les cinétiques s 'absorption sont extrêmement lentes ce qui s'explique par la grande viscosité de la phase polymère, rendant les phénomènes de diffusion excessivement lents.
Le temps de diffusion dans le solide poreux étant inversement proportionnel au carré du diamètre équivalent des grains, seule une diminution importante de ce diamètre était susceptible de diminuer les temps de mise à l'équilibre de façon importante, permettant la mise en place de l'opération d'adsorption avec un temps de contact raisonnable. Par la suite, des essais d'adsorption ont été réalisés en utilisant deux qualités de charbon pulvérulent commercialisé par la société Norit avec un diamètre moyen D[3, 2] des grains de respectivement 20 μιη (Norit CASPF) et 30 μιη (Norit CGI) environ. A titre d'exemple, les caractéristiques du charbon Norit CGI sont reportées dans le tableau suivant :
Un exemple de cinétique d'adsorption mesuré pour le charbon Norit CGI est présenté sur la Figure 1. Le temps nécessaire à l'atteinte de l'équilibre est alors de l'ordre de 50 minutes.
La Figure 2 présente l'isotherme d'adsorption déterminée avec les deux charbons pulvérulents Norit CASPF et Norit CGI dans le domaine d'intérêt de l'étude. Les points relevés sont relativement dispersés. Toutefois il semble qu'il y ait une valeur de palier pour le soluté adsorbé aux environ de 0,07 g/g. Cette valeur reste élevée et conduit à un coefficient de partage K=z/x de l'ordre de 2000.
Les exemples 1, 2, 3 et 4 ont permis d'illustrer la mise en œuvre de l'invention à travers des procédés différents et des mélanges visqueux initiaux différents par la nature des phases et la localisation du contaminant.
L'exemple 5 a permis de mettre en évidence que seuls les charbons actifs selon l'invention sont efficaces dans le but d'éliminer le contaminant du mélange visqueux à traiter. Exemple 6 : Elimination de composés d'un mélange aqueux visqueux
Un mélange complexe (1% de bleu patenté V, 1% de tartrazine et 1% d'acide citrique) de couleur verte, est dissous à raison de 1% en masse dans une solution aqueuse visqueuse contenant environ 10% en masse de glycérol, correspondant à une viscosité d'environ 60 mPa.s. Le mélange est pompé et traverse la cartouche filtrante préalablement décrite, remplie de charbon actif préalablement conditionné par contact avec une solution aqueuse de glycérol à 10% sous une pression d'environ 3 bars à un débit de liquide d'environ 0,3 mL .min"1 sur une durée d'environ 120 heures. Le mélange récupéré en sortie de la cartouche est décoloré, traduisant ainsi l'élimination des composés à l'origine de la coloration de la solution.
Exemple 7 : Elimination de bleu de méthylène d'une solution organique visqueuse
Du bleu de méthylène est dissous dans une huile silicone de viscosité faible (typiquement 70 mPa.s) à raison d'environ 30 mg.L"1. Le mélange est pompé et traverse la cartouche filtrante préalablement décrite, remplie de charbon actif préalablement conditionné par contact avec l'huile silicone sous une pression d'environ 3 bars à un débit de liquide d'environ 0,3 mL .min"1 sur une durée d'environ 120 heures. Le mélange récupéré en sortie de la cartouche est décoloré, traduisant ainsi l'élimination du bleu de méthylène de la solution.
Exemple 8 : Elimination de composés d'une solution à base de liquide ionique
Un mélange complexe (1% de bleu patenté V, 1% de tartrazine et 1% d'acide citrique) de couleur verte, est dissous dans un liquide ionique (Emim /Tf2N) à raison d'environ 0.1 % en masse. Le mélange est pompé et traverse la cartouche filtrante préalablement décrite, remplie de charbon actif préalablement conditionné par contact avec le liquide ionique pur sous une pression d'environ 3 bars à un débit de liquide d'environ 0,3 mL .min"1 sur une durée d'environ 120 heures. Le mélange récupéré en sortie de la cartouche est décoloré, traduisant ainsi l'élimination des composés à l'origine de la coloration de la solution.

Claims

REVENDICATIONS
1. Utilisation de charbon actif pour la mise en œuvre d'un procédé de purification d'un mélange visqueux initial contenant au moins une substance responsable de la viscosité de celui-ci et au moins un contaminant, ledit charbon actif étant sous la forme de particules d'un diamètre moyen D[3, 2] d'environ 5 μιη à environ 200 μιη, particulièrement d'environ 10 μιη à environ 80 μιη, particulièrement d'environ 40 μιη à environ 50 μιη et étant disposé en lit fixe au travers duquel s'écoule ledit mélange, ledit procédé de purification étant précédé d'une étape préliminaire de conditionnement du charbon actif.
2. Utilisation de charbon actif pour la mise en œuvre d'un procédé de purification d'un mélange visqueux initial selon la revendication 1, ledit procédé de purification étant réalisé par mise en contact dudit mélange visqueux initial, ou d'au moins un des mélanges visqueux monophasiques contenus dans ledit mélange visqueux initial, avec ledit charbon actif, dans lequel le mélange visqueux initial, ou ledit mélange visqueux monophasique, contient au moins un contaminant, et ledit charbon actif étant sous la forme de particules d'un diamètre moyen D[3, 2] d'environ 5 μιη à environ 200 μιη, particulièrement d'environ 10 μιη à environ 80 μιη, particulièrement d'environ 40 μιη à environ 50 μιη et étant disposé en lit fixe, ledit procédé de purification étant précédé d'une étape préliminaire de conditionnement du charbon actif dont les sites actifs sont libres par mise en contact dudit charbon actif et d'un mélange de saturation dans le but de saturer totalement ou partiellement les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la substance ou les substances responsables de la viscosité, ledit mélange de saturation contenant préférentiellement la substance ou les substances responsables de la viscosité du mélange visqueux initial.
3. Utilisation de charbon actif pour la mise en œuvre d'un procédé de purification d'un mélange visqueux initial selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, ledit mélange visqueux initial étant constitué:
- d'au moins un mélange visqueux monophasique, ledit mélange visqueux monophasique étant une phase aqueuse polymère, et ladite phase aqueuse polymère contenant au moins un polymère et éventuellement au moins un contaminant, et - éventuellement d'une phase aqueuse saline, ladite phase aqueuse saline contenant au moins un sel et éventuellement au moins un contaminant,
sous réserve que le contaminant est présent
- soit dans au moins une phase aqueuse polymère,
- soit dans la phase aqueuse saline, lorsqu'elle est présente,
- soit dans au moins une phase aqueuse polymère et dans la phase aqueuse saline lorsqu'elle est présente,
le mélange visqueux initial ayant respectivement une viscosité comprise d'environ 0,1 mPa.s à environ 200 mPa.s, particulièrement d'environ 1 mPa.s à environ 150 mPa.s, particulièrement d'environ 1 mPa.s à environ 80 mPa.s.
4. Utilisation de charbon actif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel le mélange visqueux initial est soit un mélange visqueux monophasique, qui est une phase aqueuse polymère, soit un mélange visqueux diphasique constitué de deux mélanges visqueux monophasiques.
5. Utilisation de charbon actif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans la mise en œuvre d'un procédé de purification dans lequel le mélange visqueux initial est constitué :
- d'un mélange visqueux monophasique, qui est une phase aqueuse polymère, et
- d'une phase aqueuse saline.
6. Procédé de purification d'un mélange visqueux initial ou d'au moins un mélange visqueux monophasique constituant ledit mélange visqueux initial, contenant au moins une substance responsable de la viscosité de celui-ci et au moins un contaminant, comprenant une étape de filtration du mélange visqueux initial, ou d'au moins un des mélanges visqueux monophasiques, sur du charbon actif, dans lequel le charbon actif est sous la forme de particules d'un diamètre moyen D[3, 2] d'environ 5 μιη à environ 200 μιη, particulièrement d'environ 10 μιη à environ 80 μιη, particulièrement d'environ 40 μιη à environ 50 μιη, et est disposé en lit fixe sur lequel s'écoule ledit mélange visqueux initial, pour obtenir un mélange visqueux purifié, ou au moins un mélange visqueux monophasique purifié, substantiellement dépourvu d'au moins un contaminant, ledit procédé de purification étant précédé d'une étape préliminaire de conditionnement du charbon actif.
7. Procédé de purification d'un mélange visqueux initial selon la revendication 6, dans lequel ledit mélange visqueux initial est constitué :
- d'au moins un mélange visqueux monophasique, ledit mélange visqueux monophasique étant une phase aqueuse polymère contenant au moins un polymère et éventuellement au moins un contaminant, et
- éventuellement d'une phase aqueuse saline contenant au moins un sel et éventuellement au moins un contaminant,
sous réserve que le contaminant est présent
- soit dans au moins un mélange visqueux monophasique,
- soit dans la phase aqueuse saline lorsqu'elle est présente,
- soit dans au moins un mélange visqueux monophasique et dans la phase aqueuse saline lorsqu'elle est présente, et
dans lequel ledit mélange visqueux initial purifié est constitué :
- d'au moins un mélange visqueux monophasique purifié, ledit mélange visqueux monophasique purifié étant une phase aqueuse polymère purifiée contenant au moins un polymère et ne contenant plus de susdit contaminant, et
- éventuellement d'une phase aqueuse saline purifiée contenant au moins un sel et ne contenant plus de susdit contaminant.
8. Procédé de purification d'un mélange visqueux initial selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, précédé d'une étape préliminaire de conditionnement du charbon actif dont les sites actifs sont libres par mise en contact dudit charbon actif et d'un mélange de saturation dans le but de saturer totalement ou partiellement les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la substance ou les substances responsables de la viscosité, ledit mélange de saturation contenant préférentiellement la substance ou les substances responsables de la viscosité du mélange visqueux initial, et comprenant :
- au moins une étape de mise en contact d'un mélange visqueux initial avec du charbon actif sous forme de lit fixe, par écoulement du mélange visqueux initial à travers ledit lit fixe, contenant ledit charbon actif, permettant la filtration dudit mélange visqueux initial et Padsorption d'au moins un des contaminants sur le charbon actif pour obtenir un mélange visqueux initial purifié, et
- au moins une étape de récupération du mélange visqueux initial purifié à partir dudit lit fixe, contenant le charbon actif.
9. Procédé de purification d'un mélange visqueux initial selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, précédé d'une étape préliminaire de conditionnement du charbon actif dont les sites actifs sont libres par mise en contact dudit charbon actif et d'un mélange de saturation dans le but de saturer totalement ou partiellement les sites du charbon actif susceptibles d'adsorber la substance ou les substances responsables de la viscosité, ledit mélange de saturation comprenant au moins un polymère d'au moins une phase aqueuse polymère, et comprenant:
- au moins une étape de séparation du mélange visqueux initial en autant de mélanges visqueux monophasiques que ledit mélange visqueux initial contient de phases aqueuses polymère, chacun des mélanges visqueux monophasiques contenant éventuellement un contaminant, et
- au moins une étape de mise en contact d'au moins un des mélanges visqueux monophasiques contenant au moins un contaminant avec du charbon actif, par écoulement du mélange visqueux monophasique à travers un lit fixe, contenant ledit charbon actif, permettant la fîltration dudit mélange visqueux monophasique et l'adsorption d'au moins un des contaminants sur le charbon actif pour obtenir un mélange visqueux monophasique purifié, et
- au moins une étape de récupération dudit mélange visqueux monophasique purifié à partir dudit lit fixe, contenant le charbon actif.
10. Procédé de purification d'un mélange visqueux initial selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le mélange visqueux initial a une viscosité comprise d'environ 0,1 mPa.s à environ 200 mPa.s, particulièrement d'environ 1 mPa.s à environ 150 mPa.s, particulièrement d'environ 1 mPa.s à environ 80 mPa.s.
11. Procédé de purification d'un mélange visqueux initial selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, dans lequel le polymère contenu dans le mélange visqueux monophasique (phase aqueuse polymère), est choisi parmi des polymères hydrosolubles, notamment le dextrane, le poly(alcool vinylique), la poly(vinylpyrrolidone), le pullulane, le Ficoll, le poly(acrylamide), le poly(acide acrylique), le carboxymethyldextrane, l'hydroxypropyldextrane, l'éthylhydroxyéthylcellulose...) et particulièrement le polyéthylène glycol (PEG), et les polymères ayant une masse molaire moyenne en nombre comprise entre 400 et 100 000 g/mol.
12. Procédé de purification d'un mélange visqueux initial selon l'une quelconque des revendications 6 à 11 , dans lequel le sel contenu dans la phase aqueuse saline est choisi parmi notamment : sulfate de sodium, le carbonate de sodium, le carbonate de potassium, le citrate de potassium, le phosphate de potassium, hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium, hydroxyde de rubidium, hydroxyde de césium, fluorure de sodium, formate de sodium, thiocyanate de potassium, carbonate de sodium, carbonate de potassium, carbonate d'ammonium, carbonate de rubidium, carbonate de césium, sulfate de lithium, sulfate de sodium, , sulfate de rubidium, sulfate de césium, sulfate de magnésium, sulfate d'aluminium, sulfate de fer, sulfate de cuivre, sulfate de zinc, alun, sélénate de sodium, chromate de sodium, molybdate de sodium, tungstate de sodium, hydrogénophosphate de potassium, sulfite de sodium, silicate de sodium, sulfure de sodium, succinate de sodium, tartrate de sodium, phosphate de sodium, phosphate de potassium, vanadate de sodium, citrate de sodium, citrate d'ammonium, orthosilicate de sodium, et notamment le sulfate d'ammonium ((NH4)2 S04).
13. Procédé de purification d'un mélange visqueux initial selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, dans lequel le contaminant est un soluté organique peu polaire, notamment un colorant, un pesticide, un composé pharmaceutique, un alcaloïde, une protéine, une toxine, et plus généralement tout composé organique possédant un coefficient de partage octanol/eau supérieur à 1 et particulièrement le bleu de méthylène.
14. Procédé de purification d'un mélange visqueux initial selon l'une quelconque des revendications 6 à 13, dans lequel le charbon actif est disposé en lit fixe dans une cartouche de filtration.
15. Procédé de purification d'un mélange visqueux initial selon l'une quelconque des revendications 6 à 14, ne comportant pas d'étape de chauffage dudit mélange visqueux initial, et notamment dans lequel la température du mélange visqueux initial, pendant le procédé, est comprise d'environ 0°C à environ 40°C, particulièrement d'environ 10°C à environ 35°C, particulièrement d'environ 20°C à environ 35°C, particulièrement d'environ 20°C à environ 25°C.
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