EP4433417A1 - Purification de peroxyde d'hydrogene sur membrane - Google Patents

Purification de peroxyde d'hydrogene sur membrane

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Publication number
EP4433417A1
EP4433417A1 EP22826129.3A EP22826129A EP4433417A1 EP 4433417 A1 EP4433417 A1 EP 4433417A1 EP 22826129 A EP22826129 A EP 22826129A EP 4433417 A1 EP4433417 A1 EP 4433417A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydrogen peroxide
membrane
purification
polymer
membranes
Prior art date
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Pending
Application number
EP22826129.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sebastien Logette
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.)
Arkema France SA
Original Assignee
Arkema France SA
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 Arkema France SA filed Critical Arkema France SA
Publication of EP4433417A1 publication Critical patent/EP4433417A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/025—Reverse osmosis; Hyperfiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/66—Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
    • B01D71/68—Polysulfones; Polyethersulfones
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B15/00—Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
    • C01B15/01—Hydrogen peroxide
    • C01B15/013—Separation; Purification; Concentration

Definitions

  • the present invention relates to the field of the purification of hydrogen peroxide (H2O2) solutions and more particularly the field of the purification of hydrogen peroxide on a membrane, and more specifically the field of the purification of hydrogen peroxide. hydrogen on membrane by reverse osmosis.
  • H2O2 hydrogen peroxide
  • Reverse osmosis purification technology is for example described in document EP0930269 which deals with an industrial process for the production of high purity hydrogen peroxide by reverse osmosis using a membrane made of polyamides, polypiperazinamides, polyacrylonitriles , or polysulfones.
  • Documents EP1520839 and US4879043 also mention the use of such membranes for the purification by reverse osmosis of hydrogen peroxide solutions.
  • An object of the present invention is therefore the supply of polymer membranes allowing the preparation of hydrogen peroxide solutions of very high purity by purification by reverse osmosis, said membranes having an improved lifetime compared to membranes with polyamide base used today.
  • polymer membranes In addition to the need to have polymer membranes resistant to degradation by oxidation, inherent in hydrogen peroxide, the polymer membranes must also have a high rejection rate, in order to ensure optimal purification.
  • Another objective of the present invention is therefore to provide polymeric membranes for purification by reverse osmosis of hydrogen peroxide, having improved stability over time, and high rejection rates.
  • Another objective of the present invention consists in providing polymer membranes having both an improved lifespan and a high rejection rate for use in the preparation of hydrogen peroxide solutions of high purity, usable in particular in the fields of cosmetics, pharmacy, the food industry and the electronics industry, in particular for the preparation of semiconductors and printed circuits.
  • the present invention relates to the use, for the purification of a hydrogen peroxide solution, of a reverse osmosis filtration membrane, said membrane comprising at least one active layer of a polymer of the polyethersulfone (PES) type.
  • PES polyethersulfone
  • polymer membranes based on PES have a substantially longer lifespan than those observed with polymer membranes based on polyamide, while offering a rejection rate that is particularly suitable for the production industrial production of very high purity hydrogen peroxide solutions, and in particular of electronic grade hydrogen peroxide solutions.
  • hydrogen peroxide solution designates an aqueous solution of hydrogen peroxide.
  • concentration of hydrogen peroxide in water can vary in large proportions and is generally between 1% and 98%, preferably between 5% and 75%, for example between 10% and 70%, better still between 20 % and 70%, advantageously between 30% and 70% by weight of hydrogen peroxide, relative to the total weight of the solution.
  • Polyethersulphone (PES) type polymers are polymers well known to those skilled in the art and which contain ether groups and sulphone groups.
  • the polyethersulfones which have shown the best results in the use according to the present invention are the PES containing aromatic groups, commonly identified under the generic term polyarylethersulfones (PAES).
  • PAES polyarylethersulfones
  • the aromatic groups present in PAES are typically phenyl groups. These can be substituted, for example by one or more sulphonate, amino, halogen (and more particularly fluorine), alkyl, alkenyl and other groups.
  • the polymer of PES type for use according to the present invention is a polyaryl ether sulphone comprising at least one sulphonate group.
  • Such polymers of the PES type which are particularly suitable for the purposes of the present invention are polyarylethersulfones comprising at least one sulphonate group, as described for example in patent application US20200362107 A1.
  • membranes for reverse osmosis comprising at least one active layer vis-à-vis the filtration of a polymer of the PES type, as defined above, confer very good stability on the membranes over time, and especially when they are used for the purification of concentrated solutions, typically greater than 20% by weight and more specifically greater than 30% by weight, of hydrogen peroxide, while ensuring a high rejection rate , to ensure their purification, up to high quality grades, up to electronic grade.
  • the active layer of polyethersulfone (PES) gives the reverse osmosis membrane a salt rejection rate greater than 90%, preferably greater than 95%, preferably even greater than 97%, better still greater than 98%, advantageously greater than 99%.
  • the rejection rate is measured on an aqueous solution at 2000 mg per liter of sodium chloride, at 25°C, under a pressure of 15.5 bar (1.55 MPa), at pH 7, for 20 minutes, with rate conversion rate of 15%, where the conversion rate is equal to the ratio of permeate rate/feed rate.
  • Composite membranes and in particular so-called TFC (Thin Film Composite) membranes form a very particularly preferred subset of PES-based polymer membranes.
  • the membranes used in the context of the use according to the present invention comprise at least one active layer vis-à-vis the filtration of a polymer of the polyethersulfone (PES) type, preferably of the polyarylethersulfone type. (PAES), and most particularly of the polyarylethersulfone (PAES) type carrying a sulfonate group.
  • PES polyethersulfone
  • PAES polyarylethersulfone
  • homogeneous membranes are preferred.
  • Another group of preferred membranes comprises composite membranes, for example of the TFC type, comprising at least one active layer with respect to the filtration of a polymer of the polyethersulfone (PES) type, in association with one or more other layers polymers, for example polyamide, polypiperazinamide, polyacrylonitrile, polysulfone, polyester (typically cellulose acetate), and the like known to those skilled in the art.
  • PES polyethersulfone
  • polymers for example polyamide, polypiperazinamide, polyacrylonitrile, polysulfone, polyester (typically cellulose acetate), and the like known to those skilled in the art.
  • TFC membranes that can be used in the present invention include membranes comprising two polyester and polysulfone support layers.
  • Membranes that are very particularly well suited to use according to the present invention are membranes whose active layer is a polymer of the polyethersulfone type, as indicated above, said active layer being combined with one or two polymer support layers chosen from polyester and polysulfone.
  • Such membranes have the advantages set out above of being more stable over time than the membranes currently used for the purification of hydrogen peroxide solutions, and in particular for the purification of concentrated solutions of hydrogen peroxide.
  • a membrane comprising at least one polymer of the polyethersulfone type as active layer makes it possible to obtain a good degree of purification of the hydrogen peroxide solutions, while maintaining a good rate of rejection.
  • the use according to the present invention makes it possible to achieve high qualities of purity of hydrogen peroxide, going in particular up to the electronic grade.
  • the type of reverse osmosis membrane comprising at least one active layer of the polyethersulfone type, for example membrane BW (Brackish Water) or SW (Sea Water).
  • membranes comprising at least one active layer of polymer of the PES type resist much better than membranes with an active polyamide layer to oxidizing attacks from hydrogen peroxide solutions. This results in a very significant increase in the lifetime of said PES-based membranes.
  • the present invention relates to an industrial process for the preparation of hydrogen peroxide solution of high purity, and in particular of very high purity, and very particularly of hydrogen peroxide solutions of grade electronics, that is to say whose very low level of impurities they contain make them compatible with the purity criteria required for use in the electronics industry.
  • the solutions purified using the method of the invention are aqueous solutions of hydrogen peroxide generally containing between 1% and 98%, preferably between 5% and 75%, for example between 10% and 70%, better again between 20% and 70%, and more generally between 30% and 70% by weight of hydrogen peroxide, relative to the total weight of solution.
  • the high purity hydrogen peroxide solutions are obtained from hydrogen peroxide, or even stabilized hydrogen peroxide, as commercially available.
  • Commercial hydrogen peroxide is subjected to well-known purification processes intended to eliminate impurities which are not acceptable for so-called high-purity grades for use in particular in the fields of cosmetics, pharmaceuticals, food industry and especially electronics.
  • the process of the invention is also suitable for the purification of concentrated hydrogen peroxide solution, for example solutions resulting directly from the process for preparing said hydrogen peroxide.
  • Suitable purification methods well known to those skilled in the art comprise at least one step of purification by reverse osmosis.
  • the purification process comprises at least one stage of purification by reverse osmosis on a membrane comprising at least one layer of polymer of the polyethersulfone type, as discussed previously.
  • the method of the invention may comprise one or more other purification steps chosen from distillation, treatment with ion exchange resin, treatment with adsorption resin, liquid-liquid extraction , treatment by electrodeionization (EDI), ultra-filtration, micro-filtration, nano-filtration, and other purification techniques well known to those skilled in the art.
  • EDI electrodeionization
  • the method thus comprises at least one reverse osmosis treatment with membrane comprising at least one active layer of the PES type as defined above, one treatment with ion exchange resin and optionally one treatment with EDI .
  • the process of the present invention is an industrial process for the purification and more particularly for the production of hydrogen peroxide solutions of high purity, or even of very high purity, ranging from technical grade to electronic grade.
  • said method comprising at least the steps of: a) supplying a raw solution of hydrogen peroxide to be purified, b) treating said raw solution in a reverse osmosis membrane purification unit, said membrane comprising at least one active layer of polymer of the polyethersulfone type, c) recovery of a permeate of purified hydrogen peroxide solution.
  • step a by “crude solution of hydrogen peroxide to be purified” in step a), more specifically means a solution of hydrogen peroxide whose degree of purity is desired to be increased.
  • the hydrogen peroxide solutions to be purified can be of any type, whether commercial solutions whose degree of purity is to be increased, at variable concentrations, as has been defined above, but also hydrogen peroxide solutions. hydrogen from the synthesis process.
  • Step b) of purification by reverse osmosis can itself be carried out one or more times, in series or in parallel, with or without direct recycling of the concentrated permeate. It is thus possible to carry out one, two or more stages of purification on a membrane by reverse osmosis, for example by recovery of the permeate and a new stage of purification on said membrane.
  • the process can thus comprise from 1 to 5, preferably from 1 to 4, more preferably 1, 2 or 3, advantageously 1 or 2 stages of purification on a membrane.
  • the method of the present invention may also further comprise one or more additional purification steps, according to other techniques well known to those skilled in the art and which may, for example, and non-limitingly, be selected from distillation, ion exchange resin treatment, adsorption resin treatment, liquid-liquid extraction, electrodeionization treatment (EDI), ultra-filtration, micro-filtration, nano-filtration, and others , as indicated previously.
  • additional purification steps according to other techniques well known to those skilled in the art and which may, for example, and non-limitingly, be selected from distillation, ion exchange resin treatment, adsorption resin treatment, liquid-liquid extraction, electrodeionization treatment (EDI), ultra-filtration, micro-filtration, nano-filtration, and others , as indicated previously.
  • EDI electrodeionization treatment
  • ultra-filtration micro-filtration
  • micro-filtration micro-filtration
  • nano-filtration nano-filtration
  • the latter comprises at least one step of purification by reverse osmosis using a membrane as previously defined, with an active polymer layer of the polyethersulfone type, and at least one step of purification by passing through an ion exchange resin.
  • the purification process of the invention comprises at least one step of purification by reverse osmosis using a membrane as previously defined, with an active polymer layer of the polyethersulfone type, at least one step of purification by passage over ion exchange resin, and at least one purification step using the EDI technique.
  • the purification step by ion exchange resin generally makes it possible to achieve even higher degrees of purity. If desired, this treatment on ion exchange resin can be carried out in one or more times, in series or in parallel.
  • the ion exchange resins which can be used are well known to those skilled in the art and can for example be chosen from those of the so-called strong cation type, and for example and in a non-limiting manner from among AmberliteTM resins. 200C and AmberjetTM 1500H from Rohm & Haas.
  • the purification process of the present invention may also comprise one or more nanofiltration and/or microfiltration and/or ultrafiltration steps, well known to those skilled in the art.
  • Microfiltration and/or nanofiltration and/or ultrafiltration can make it possible to eliminate any particles that may be present in the hydrogen peroxide solutions.
  • These additional purification operations by ultra- and / or nano- and / or micro-filtration are themselves well known to those skilled in the art and can be operated in one or more times, in series or in parallel, before and / or after the reverse osmosis membrane purification step(s) described above.
  • the method of the invention implementing at least one purification step using a membrane comprising at least one polymeric active layer of polyethersulfone type, as defined above, is particularly effective. for obtaining hydrogen peroxide solutions of very high purity, and in particular for the purification of concentrated solutions, of the order of 60% to 70% by weight.
  • the method of the invention is particularly suitable for industrial production of electronic grade hydrogen peroxide. Said method is also particularly easy to implement and profitable due to the high resistance of reverse osmosis membranes, unlike the membranes commonly used in this application.

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Abstract

La présente invention concerne l'utilisation, pour la purification d'une solution de peroxyde d'hydrogène, d'une membrane de filtration par osmose inverse, ladite membrane comprenant au moins une couche active d'un polymère de type polyéthersulfone. La présente invention concerne également le procédé de purification d'une solution de peroxyde d'hydrogène, par passage sur une membrane de filtration par osmose inverse, ladite membrane comprenant au moins une couche active d'un polymère de type polyéthersulfone.

Description

Description
Titre : PURIFICATION DE PEROXYDE D’HYDROGENE SUR MEMBRANE
[0001] La présente invention concerne le domaine de la purification de solutions de peroxyde d’hydrogène (H2O2) et plus particulièrement le domaine de la purification de peroxyde d’hydrogène sur membrane, et plus spécifiquement le domaine de la purification de peroxyde d’hydrogène sur membrane par osmose inverse.
[0002] La purification de peroxyde d’hydrogène par osmose inverse présente de nombreux avantages parmi lesquels on peut citer l’obtention de peroxyde d’hydrogène, et plus spécifiquement de solutions aqueuses de peroxyde d’hydrogène, de très grande pureté, et notamment de degré de pureté compatible avec les domaines techniques et industriels qui nécessitent du peroxyde d’hydrogène de très haute pureté et notamment les domaines de l’électronique, de la pharmacie, de la cosmétique mais aussi le domaine agroalimentaire.
[0003] La technologie de purification par osmose inverse est par exemple décrite dans le document EP0930269 qui traite d’un procédé industriel de production de peroxyde d’hydrogène de haute pureté par osmose inverse mettant en œuvre une membrane faite de polyamides, polypipérazinamides, polyacrylonitriles, ou polysulfones. Les documents EP1520839 et US4879043 mentionnent également l’utilisation de telles membranes pour la purification par osmose inverse de solutions de peroxyde d’hydrogène.
[0004] Or il s’avère que les membranes utilisées pour la production de peroxyde d’hydrogène de haute pureté présentent le plus souvent des durées de vie relativement courtes, de l’ordre d’environ une trentaine de jours, en mode de fonctionnement continu. Ce problème de durée de vie très courte est principalement observé lorsque les membranes présentent une couche active à base de polyamide.
[0005] La dégradation rapide des membranes de polyamide est aujourd’hui bien connue et fait l’objet de nombreux travaux et publications, comme par exemple l’étude menée par R. Abejôn et coll. (« Effective Lifetime Study of Commercial Reverse Osmosis Membranes for Optimal Hydrogen Peroxide Ultrapurification Processes », Ind. Eng. Chem. Res., (2013), 52, 17270-17284), où sont analysés les divers avantages et inconvénients des procédés de préparation de peroxyde d’hydrogène de grade électronique qui mettent en œuvre des membranes à base de polyamide (PA) ou d’acétate de cellulose (AC).
[0006] Les membranes d’osmose inverse industrielles actuelles sont le plus souvent constituées d'une fine couche de polyamide (généralement inférieure à 200 nm), déposée sur une couche poreuse de polyéthersulfone (PES) ou de polysulfone (PS) (d’environ 50 pm), elle-même au-dessus d'une feuille support, par exemple en tissu non tissé. La configuration à trois couches donne les propriétés souhaitées de rejet élevé des matériaux indésirables (comme les sels), un taux de filtration élevé et une bonne résistance mécanique. La couche supérieure en polyamide est responsable du rejet élevé et est choisie principalement pour sa perméabilité à l'eau et son imperméabilité relative à diverses impuretés dissoutes, y compris les ions de sel et d'autres petites molécules non fi Itrables [0007] Cette dégradation rapide des membranes, et en particulier des membranes à base de polyamide, résulte de la dégradation rapide des membranes polymères sous l’action du pouvoir oxydant très important des solutions de peroxyde d’hydrogène à purifier.
[0008] Outre la nécessité de disposer de membranes polymères résistantes à la dégradation par oxydation, inhérente au peroxyde d’hydrogène, les membranes polymères doivent également présenter un fort taux de rejet (« rejection » en langue anglaise), afin d’assurer une purification optimale.
[0009] Il reste donc aujourd’hui un besoin pour des membranes destinées à la purification de solutions de peroxyde d’hydrogène, dont les durées de vie restent compatibles avec des mises en œuvre efficaces et rentables au niveau industriel.
[0010] Un objectif de la présente invention est par conséquent la fourniture de membranes polymères permettant la préparation de solutions de peroxyde d’hydrogène de très haute pureté par purification par osmose inverse, lesdites membranes présentant une durée de vie améliorée par rapport aux membranes à base de polyamide utilisées aujourd’hui.
[0011] Outre la nécessité de disposer de membranes polymères résistantes à la dégradation par oxydation, inhérente au peroxyde d’hydrogène, les membranes polymères doivent également présenter un fort taux de réjection, afin d’assurer une purification optimale. Un autre objectif de la présente invention est donc de fournir des membranes polymères pour purification par osmose inverse de peroxyde d’hydrogène, présentant une stabilité améliorée dans le temps, et des taux de rejet élevés.
[0012] Ainsi, un autre objectif de la présente invention consiste en la fourniture de membranes polymères présentant à la fois une durée de vie améliorée et un fort taux de rejet pour utilisation dans la préparation de solutions de peroxyde d’hydrogène de haute pureté, utilisables notamment dans les domaines de la cosmétique, de la pharmacie, de l’industrie agro-alimentaire et de l’industrie électronique, en particulier pour la préparation de semi-conducteurs et de circuits imprimés.
[0013] D’autres objectifs encore apparaîtront dans l’exposé de la présente invention qui suit. Les inventeurs ont en effet découvert que les objectifs précités peuvent être atteints en totalité ou tout au moins en partie, grâce à des membranes polymères spécifiques particulièrement bien adaptés pour la purification de solutions de peroxyde d’hydrogène et la préparation de solutions de peroxyde d’hydrogène de très haute pureté.
[0014] Ainsi, et selon un premier objet, la présente invention concerne l’utilisation, pour la purification d’une solution de peroxyde d’hydrogène, d’une membrane de filtration par osmose inverse, ladite membrane comprenant au moins une couche active d’un polymère de type polyéthersulfone (PES).
[0015] Il a été en effet observé que les membranes polymères à base de PES présentent une durée de vie substantiellement plus longue que celles observées avec des membranes polymères à base de polyamide, tout en offrant un taux de réjection tout particulièrement adapté à la production industrielle de solutions de peroxyde d’hydrogène de très haute pureté, et en particulier de solutions de peroxyde d’hydrogène de grade électronique.
[0016] Dans la présente invention, le terme « solution de peroxyde d’hydrogène » désigne une solution aqueuse de peroxyde d’hydrogène. La concentration de peroxyde d’hydrogène dans l’eau peut varier dans de grandes proportions et est généralement comprise entre 1 % et 98%, de préférence entre 5% et 75%, par exemple entre 10% et 70%, mieux encore entre 20% et 70%, avantageusement entre 30% et 70% en poids de peroxyde d’hydrogène, par rapport au poids total de la solution.
[0017] Les polymères de type polyéthersulfone (PES) sont des polymères bien connus de l’homme du métier et qui comportent des groupements éther et des groupements sulfones. Les polyéthersulfones qui ont montré les meilleurs résultats dans l’utilisation selon la présente invention sont les PES comportant des groupements aromatiques, communément identifiés sous le terme générique de polyaryléthersulfones (PAES). Les groupements aromatiques présents dans les PAES sont typiquement des groupement phényle. Ceux-ci peuvent être substitués, par exemple par un ou plusieurs groupements sulfonate, amino, halogène (et plus particulièrement fluor), alkyle, alkényle, et autres. Dans un mode de réalisation tout particulièrement préféré, le polymère de type PES pour utilisation selon la présente invention est une polyaryléthersulfone comportant au moins un groupement sulfonate. [0018] De tels polymères de type PES tout particulièrement adaptés pour les besoins de la présente invention, sont les polyaryléthersulfones comportant au moins un groupement sulfonate, comme décrits par exemple dans la demande de brevet US20200362107 A1.
[0019] Il a été en effet découvert que les membranes pour osmose inverse comportant au moins une couche active vis-à-vis de la filtration d’un polymère de type PES, comme défini ci-dessus, confèrent une très bonne stabilité des membranes dans le temps, et tout particulièrement lorsqu’elles sont utilisées pour la purification de solutions concentrées, typiquement supérieures à 20% en poids et plus spécifiquement supérieures à 30% en poids, de peroxyde d’hydrogène, tout en assurant un fort taux de rejet, pour assurer leur purification, jusqu’à des grades de qualité élevé, allant jusqu’au grade électronique.
[0020] Selon un aspect tout particulièrement préféré de la présente invention, la couche active de polyéthersulfone (PES) confère à la membrane d'osmose inverse un taux de rejet de sels supérieur à 90%, de préférence supérieur à 95%, de préférence encore supérieur à 97%, mieux encore supérieur à 98%, avantageusement supérieur à 99%. Le taux de rejet est mesuré sur une solution aqueuse à 2000 mg par litre de chlorure de sodium, à 25°C, sous une pression de 15,5 bar (1 ,55 MPa), à pH 7, pendant 20 minutes, avec taux de conversion de 15%, où le taux de conversion est égal au ratio débit de perméat/débit d’alimentation.
[0021] Des exemples de membranes tout particulièrement adaptées à l’utilisation selon la présente invention comprennent, à titre d’exemples non limitatifs, les membranes homogènes, symétriques, asymétriques, et les membranes composites. Les membranes composites et en particulier les membranes dites TFC (« Thin Film Composite » en langue anglaise) forment un sous-ensemble des membranes polymères à base de PES tout particulièrement préféré.
[0022] Comme indiqué précédemment, les membranes utilisées dans le cadre de l’utilisation selon la présente invention comprennent au moins une couche active vis-à-vis de la filtration d’un polymère de type polyéthersulfone (PES), préférentiellement de type polyaryléthersulfone (PAES), et tout particulièrement de type polyaryléthersulfone (PAES) porteur de groupement sulfonate. Parmi ces membranes, on préfère les membranes homogènes. Un autre groupe de membranes préféré comprend les membranes composites, par exemple de type TFC, comprenant au moins une couche active vis-à-vis de la filtration d’un polymère de type polyéthersulfone (PES), en association avec une ou plusieurs autres couches polymères, par exemple polyamide, polypipérazinamide, polyacrylonitrile, polysulfone, polyester (typiquement acétate de cellulose), et autres bien connus de l’homme du métier. On préfère cependant, en raison des raisons évoquées plus haut utiliser des membranes pour osmose inverse ne comportant pas de couche polyamide. [0023] Des exemples de membranes TFC utilisables dans la présente invention comprennent des membranes comprenant deux couches supports polyester et polysulfone. Des membranes tout particulièrement bien adaptées à l’utilisation selon la présente invention sont les membranes dont la couche active est un polymère de type polyéthersulfone, comme indiqué précédemment, ladite couche active étant associée à une ou deux couches support polymères choisies parmi polyester et polysulfone.
[0024] De telles membranes présentent les avantages exposés plus haut d’être plus stables dans le temps que les membranes actuellement utilisées pour la purification de solutions de peroxyde d’hydrogène, et notamment pour la purification de solutions concentrées de peroxyde d’hydrogène.
[0025] L’utilisation selon la présente invention d’une membrane comportant au moins un polymère de type polyéthersulfone en tant que couche active permet d’obtenir un bon degré de purification des solutions de peroxyde d’hydrogène, tout en conservant un bon taux de rejet. L’utilisation selon la présente invention permet d’atteindre des qualités élevées de pureté de peroxyde d’hydrogène, allant notamment jusqu’au grade électronique. L’homme du métier saura adapter, en fonction du grade visé et de la nature du flux à purifier, le type de membrane d’osmose inverse comprenant au moins une couche active de type polyéthersulfone, par exemple membrane BW (Brackish Water) ou SW (Sea Water).
[0026] Il a en outre été observé que les membranes comportant au moins une couche active de polymère de type PES résistent beaucoup mieux que les membranes à couche active polyamide aux attaques oxydantes des solutions de peroxyde d’hydrogène. Ceci se traduit par une augmentation très significative de la durée de vie desdites membranes à base de PES.
[0027] Cette augmentation de la durée de vie des membranes de purification, qui rappelons-le, n’est aujourd’hui que de quelques jours à quelques semaines, entraîne une diminution notable des déchets ainsi que des coûts opératoires liés aux remplacements des membranes. L’utilisation selon l’invention de membranes comportant au moins une couche active de polymère de type PES permet par conséquent une amélioration importante de la productivité du système de production de solutions de peroxyde d’hydrogène de haute pureté, que ce soit en termes de coûts mais aussi en termes de volumes traités.
[0028] Selon un second aspect, la présente invention concerne un procédé industriel de préparation de solution de peroxyde d’hydrogène de haute pureté, et notamment de très haute pureté, et tout particulièrement de solutions de peroxyde d’hydrogène de grade électronique, c’est-à-dire dont le niveau très faible d’impuretés qu’elles contiennent les rendent compatibles avec les critères de pureté requis pour usages dans l’industrie électronique.
[0029] Les solutions purifiées grâce au procédé de l’invention sont des solutions aqueuses de peroxyde d’hydrogène titrant généralement entre 1% et 98%, de préférence entre 5% et 75%, par exemple entre 10% et 70%, mieux encore entre 20% et 70%, et plus généralement entre 30% et 70% en poids de peroxyde d’hydrogène, par rapport au poids total de solution.
[0030] Selon un mode de réalisation, les solutions de peroxyde d’hydrogène de haute pureté sont obtenues à partir de peroxyde d’hydrogène, voire de peroxyde d’hydrogène stabilisé, tel que disponible dans le commerce. Le peroxyde d’hydrogène commercial est soumis à des procédés de purification, bien connus et destinés à éliminer les impuretés qui ne sont pas acceptables pour les grades dits de haute pureté pour utilisation notamment dans les domaines de la cosmétique, de la pharmacie, de l’agroalimentaire et tout particulièrement de l’électronique. Le procédé de l’invention est également adapté pour la purification de solution de peroxyde d’hydrogène concentré, par exemple les solutions issues directement du procédé de préparation dudit peroxyde d’hydrogène.
[0031] Les procédés de purification adaptés et bien connus de l’homme du métier comprennent au moins une étape de purification par osmose inverse. Selon l’invention, le procédé de purification comprend au moins une étape de purification par osmose inverse sur membrane comprenant au moins une couche de polymère de type polyéthersulfone, comme il a été discuté auparavant.
[0032] Outre cette étape de purification par osmose inverse, le procédé de l’invention peut comprendre une ou plusieurs autres étapes de purification choisies parmi distillation, traitement par résine échangeuse d’ions, traitement par résine d’adsorption, extraction liquide-liquide, traitement par électrodésionisation (EDI), ultra-filtration, micro-filtration, nano-filtration, et autres techniques de purification bien connues de l’homme du métier.
[0033] Généralement, il est avantageux, pour obtenir des très hauts degrés de pureté, de combiner un ou plusieurs des traitements indiqués plus haut. Selon un mode de réalisation de l’invention, le procédé comprend ainsi au moins un traitement par osmose inverse avec membrane comprenant au moins une couche active de type PES comme défini précédemment, un traitement par résine échangeuse d’ions et éventuellement un traitement par EDI.
[0034] Il a ainsi été découvert que le procédé de la présente invention, grâce à l’utilisation de membrane à couche active de type PES, permet l’obtention de solutions de peroxyde d’hydrogène de haute pureté, voire de grade électronique, de manière tout à fait viable et rentable sur le plan industriel en termes de rentabilité économique et commerciale.
[0035] Plus particulièrement, le procédé de la présente invention est un procédé industriel de purification et plus particulièrement de production de solutions de peroxyde d’hydrogène de haute pureté, voire de très haute pureté, allant du grade technique, jusqu’au grade électronique, ledit procédé comprenant au moins les étapes de : a) fourniture d’une solution brute de peroxyde d’hydrogène à purifier, b) traitement de ladite solution brute dans une unité de purification sur membrane par osmose inverse, ladite membrane comprenant au moins une couche active de polymère de type polyéthersulfone, c) récupération d’un perméat de solution de peroxyde d’hydrogène purifié.
[0036] Par « solution brute de peroxyde d’hydrogène à purifier » à l’étape a), on entend plus spécifiquement une solution de peroxyde d’hydrogène dont on souhaite augmenter le degré de pureté. Les solutions de peroxyde d’hydrogène à purifier peuvent être de tout type, que ce soit des solutions commerciales dont on veut augmenter le degré de pureté, à des concentrations variables, comme cela a été défini précédemment, mais aussi les solutions de peroxyde d’hydrogène issues du procédé de synthèse.
[0037] Les procédés de synthèse, par exemple synthèse industrielle, de solutions de peroxyde d’hydrogène sont bien connus de l’homme du métier ou facilement accessibles dans la littérature et sur l’Internet. Un procédé tout particulièrement et couramment utilisé aujourd’hui est le procédé dit à l’anthraquinone. Les solutions de peroxyde d’hydrogène ainsi obtenues et qui sont mises en œuvre dans le procédé de la présente invention sont généralement et le plus communément des solutions aqueuses de peroxyde d’hydrogène qui titrent environ 60% à 70% en poids. Ces solutions peuvent être additionnées ou non des stabilisants, bien connus également de l’homme du métier.
[0038] L’étape b) de purification par osmose inverse peut être elle-même réalisée une ou plusieurs fois, en série ou en parallèle, avec ou sans recyclage direct du perméat concentré. Il est ainsi possible de réaliser une, deux ou plusieurs étapes de purification sur membrane par osmose inverse, par exemple par reprise du perméat et nouvelle étape de purification sur ladite membrane. Selon un mode de réalisation, le procédé peut ainsi comprendre de 1 à 5, de préférence de 1 à 4, de préférence encore 1 , 2 ou 3, avantageusement 1 ou 2 étapes de purification sur membrane.
[0039] Selon un mode de réalisation, le procédé de la présente invention peut également comprendre en outre une ou plusieurs étapes complémentaires de purification, selon les autres techniques bien connues de l’homme du métier et pouvant par exemple, et de manière non limitative, être choisies parmi distillation, traitement par résine échangeuse d’ions, traitement par résine d’adsorption, extraction liquide-liquide, traitement par électrodésionisation (EDI), ultra-filtration, micro-filtration, nano-filtration, et autres, comme indiqué précédemment. Parmi ces techniques complémentaires, on préfère les techniques de purification par EDI et les techniques de purification par résine échangeuse d’ions.
[0040] Il doit être compris qu’une ou plusieurs de ces techniques complémentaires de purification peuvent être mises en œuvre avant et/ou après la purification par osmose inverse utilisant la membrane selon la présente invention. Ainsi, et selon un mode de réalisation du procédé de l’invention, celui-ci comprend au moins une étape de purification par osmose inverse utilisant une membrane telle que précédemment définie, avec couche active polymère de type polyéthersulfone, et au moins une étape de purification par passage sur résine échangeuse d’ions. Selon un autre mode de réalisation, le procédé de purification de l’invention comprend au moins une étape de purification par osmose inverse utilisant une membrane telle que précédemment définie, avec couche active polymère de type polyéthersulfone, au moins une étape de purification par passage sur résine échangeuse d’ions, et au moins une étape de purification utilisant la technique EDI.
[0041] L’étape de purification par résine échangeuse d’ions permet en général d’atteindre des degrés de pureté encore plus importants. Si cela est souhaité, ce traitement sur résine échangeuse d’ions peut être opéré en une ou plusieurs fois, en série ou en parallèle.
[0042] Les résines échangeuses d’ions qui peuvent être utilisées sont bien connues de l’homme du métier et peuvent par exemple être choisies parmi celles de type à cations dits forts, et par exemple et de manière non limitative parmi les résines Amberlite™ 200C et Amberjet™ 1500H de Rohm & Haas.
[0043] Si cela est souhaitable, le procédé de purification de la présente invention peut également comprendre une ou plusieurs étapes de nanofiltration et/ou microfiltration et/ou ultrafiltration, bien connues de l’homme du métier. La microfiltration et/ou la nanofiltration et/ou l’ultrafiltration peu(ven)t permettre d’éliminer le cas échéant les particules éventuellement présentes dans les solutions de peroxyde d’hydrogène. Ces opérations de purification supplémentaires par ultra- et/ou nano- et/ou micro-filtration sont elles-mêmes bien connues de l’homme du métier et peuvent être opérées en une ou plusieurs fois, en série ou en parallèle, avant et/ou après la ou les étape(s) de purification sur membrane par osmose inverse décrite ci-dessus.
[0044] Ainsi, le procédé de l’invention mettant en œuvre au moins une étape de purification utilisant une membrane comportant au moins une couche active polymère de type polyéthersulfone, comme définie précédemment, est tout particulièrement efficace pour l’obtention de solutions de peroxyde d’hydrogène de très haute pureté, et notamment pour la purification de solutions concentrées, de l’ordre de 60% à 70% en poids. Le procédé de l’invention est particulièrement adapté pour des productions industrielles de peroxyde d’hydrogène de grade électronique. Ledit procédé est en outre particulièrement aisé à mettre en œuvre et rentable du fait de la grande résistance des membranes d’osmose inverse, contrairement aux membranes communément utilisées dans cette application.

Claims

Revendications
1. Utilisation, pour la purification d’une solution de peroxyde d’hydrogène, d’une membrane de filtration par osmose inverse, ladite membrane comprenant au moins une couche active d’un polymère de type polyéthersulfone.
2. Utilisation selon la revendication 1 , dans laquelle le polymère de type polyéthersulfone est un polymère de type polyaryléthersulfone, de préférence comportant au moins un groupement sulfonate.
3. Utilisation selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle la membrane présente un taux de rejet de sels supérieur à 90%, de préférence supérieur à 95%, de préférence encore supérieur à 97%, mieux encore supérieur à 98%, avantageusement supérieur à 99%, ledit taux de rejet étant mesuré sur une solution aqueuse à 2000 mg par litre de chlorure de sodium, à 25°C, sous une pression de 1 ,55 MPa, à pH 7, pendant 20 minutes, avec taux de conversion de 15%, où le taux de conversion est égal au ratio débit de perméat/débit d’alimentation.
4. Utilisation selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la membrane est une membrane choisie parmi les membranes homogènes, symétriques, asymétriques, et les membranes composites, de préférence parmi les membranes composites et de préférence encore parmi les membranes composites TFC.
5. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la membrane comprend au moins une couche active vis-à-vis de la filtration d’un polymère de type polyéthersulfone (PES), en association avec une ou plusieurs autres couches polymères, choisies parmi polyamide, polypipérazinamide, polyacrylonitrile, polysulfone, et polyester, de préférence parmi polysulfone, et polyester.
6. Procédé de purification d’une solution de peroxyde d’hydrogène, et notamment d’une solution de peroxyde d’hydrogène de grade électronique, comprenant au moins une étape de filtration par osmose inverse sur membrane comprenant au moins une couche active polymère de type polyéthersulfone selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.
7. Procédé selon la revendication 6, comprenant au moins les étapes de : a) fourniture d’une solution brute de peroxyde d’hydrogène à purifier, b) traitement de ladite solution brute dans une unité de purification sur membrane par osmose inverse, ladite membrane comprenant au moins une couche active de polymère de type polyéthersulfone selon l’une quelconque es revendications 1 à 5, c) récupération d’un perméat de solution de peroxyde d’hydrogène purifié.
8. Procédé selon la revendication 6 ou la revendication 7, dans lequel l’étape b) de purification par osmose inverse est réalisée une ou plusieurs fois, en série ou en parallèle, avec ou sans recyclage direct du perméat concentré.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, comprenant en outre une ou plusieurs étapes complémentaires de purification, choisies parmi distillation, traitement par résine échangeuse d’ions, traitement par résine d’adsorption, extraction liquide-liquide, traitement par électrodésionisation (EDI), ultra-filtration, micro-filtration, nano-filtration, et autres, et de préférence parmi les techniques de traitement par électrodésionisation et les techniques de purification par résine échangeuse d’ions.
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