FR2538551A1 - Procede et installation de deshydratation d'une substance contenant de l'eau par electro-osmose - Google Patents

Abstract

Procédé et installation de déshydratation d'une substance contenant de l'eau par électro-osmose. L'installation comprend un compartiment cathodique 1, un compartiment anodique 2, un diaphragme 6 dans le compartiment cathodique, une membrane microporeuse 8, un diaphragme 10 se trouvant du côté de l'anode, une entrée 11 pour une substance à déshydrater, et une sortie 12 pour l'eau. Industrie chimique. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

Procédé et installation de déshydratation d'une

substance contenant de l'eau par électro-osmose.

La présente invention est relative à un pro-

cédé pour déshydrater de manière efficace une substan-

ce contenant de l'eau par électro-osmose, et à une

installation osmotique pour effectuer cette déshydra-

tation efficace Plus particulièrement, l'invention est relative à de nouveaux procédés et installations de déshydratation efficace d'une substance contenant

de l'eau, par une combinaison particulière d'une mem-

brane microporeuse et d'une membrane semiperméable.

D'une manière générale, la déshydratation d'une solution aqueuse, d'un colloide, d'une pâte 2 d'une dispersion, ou d'un gel contenant une substance hydrophile (dénommée-ci-après substance contenant de l'eau) est relativement difficile et implique un coût

énorme Ceci est particulièrement vrai quand la subs-

tance contenant de l'eau contient une substance hydro-

phile de masse moléculaire élevée Ceci parce que la

substance contenant de l'eau a souvent une teneur éle-

vée en eau, en raison de la nature particulière de la substance de masse moléculaire élevées Il y a donc

un besoin pressant d'un procédé qui soit capa-

ble de déshydrater, d'une manière efficace, une telle

substance contenant de l'eau particulièrement diffi-

cile à traiter.

Pour la déshydratation d'une substance conte-

nant de l'eau, comprenant des produits de masse molé-

culaire élevée, on a proposé ou on a adopté des procé-

dés divers adaptés particulièrement à des propriétés diverses dont sont douées des substances de masse moléculaire élevée dissemblables C'est ainsi, par exemple, que l'on a proposé les procédés d'osmose inverse et d'ultrafiltration utilisant des membranes imperméables à des substances de masse moléculaire

élevée et perméables à l'eau pour des solutions de visco-

sité basse, les procédés de reprécipitation tels que de précipitation à l'alcool pour des solutions de viscosité élevée et les procédés de pressage utilisant une presse à gel et une presse à caoutchouc pour de la gélose hydratée, de la carraghénine kappa hydratée, etc qui se prennent en gel à la température ambiante normale. Bien que l'osmose inverse et l'ultrafiltration soient des procédés de déshydratation efficaces, ils ne sont applicables qu'aux substances contenant de l'eau qui sont des solutions de viscosité basse et

qui résistent à la prise en -gels et en pâtes.

Mais ces procédés ont l'inconvénient que leur domaine

d'application est étroit et que le rapport de concen-

tration effectif est petit Ceci parce que la mesure

dans laquelle on peut abaisser la viscosité des subs-

tances contenant de l'eau par élévation de la tempé-

rature est limitée par la longévité de la membrane.

Le procédé de précipitation à l'alcool, quand il est utilisé pour la déshydratation de solutions

aqueuses de composés de masse moléculaire élevée, né-

cessite en général l'addition d'une grande quantité d'alcool, en comparaison de la quantité de composé

de masse moléculaire élevée contenu dans une substan-

ce contenant de l'eau subissant le traitement Ce procédé a donc l'inconvénient que la récupération du

produit usé est une procédure coûteuse.

Comme procédés de déshydration de substances très visqueuses par électroosmose, on a proposé un procédé de déshydratation efficace des gels ou des pâtes à la demande de brevet japonais publiée sous le No 54 ( 1979)- 76488 et une version perfectionnée de ce procédé à la demande de brevet japonais publiée sous le No 56 ( 1981)-25167 Le procédé décrit vise la

déshydratation de gels ou de pâtes formés artificiel-

lement en utilisant une membrane d'échange de-cations ayant une force électro-osmotique assez élevée du côté de la cathode, et une membrane d'échange d'anions du côté de l'anode, en effectuant ainsi électriquement -une déshydratation efficace d'une substance contenant de l'eau donnée, sans avoir besoin d'appliquer une pression par voie mécanique Ce procédé exige aussi le montage d'au moins un compartiment d'évacuation de l'eau, dont les côtés latéraux opposés sont définis par des membranes et qui est destiné à protéger la

substance contenant de l'eau et subissant le traite-

ment de toute contamination, et à fournir des ions

requis à la substance contenant de l'eau Ce comparti-

ment d'évacuation est disposé dans une partie intermé-

diaire de la cellule d'électro-osmose, qui n'est pas

en contact avec les deux électrodes.

D'une manière générale, des membranes d'échan-

ge d'ions sont en matériaux homogènes et non poreux

et présentent un faible coefficient électro-osmotique.

Dans la déshydratation par électro-osmose d'une subs-

tance contenant de l'eau, la quantité d'eau qui peut passer à travers les membranes d'échange d'ions ne peut pas être trop grande, en raison de la quantité

d'énergie électrique requise.

On a effectué des recherches en vue d'élargir

la nature des substances contenant-de l'eau pour les-

quelles le procédé de déshydratation par électro-osmo-

se peut être appliqué d'une manière efficace et en vue d'augmenter l'efficacité de la déshydratation On a effectué à cet effet des expériences visant à mettre

au point une membrane ayant un coefficient électro-

osmotique plus grand que la membrane d'échange de ca-

tions utilisée comme diaphragme du côté de la cathode dans le procédé mentionné ci-dessus On a en outre

trouvé que la construction d'un compartiment de récep-

tion (auquel on envoie une substance contenant de l'eau à déshydrater) par la combinaison particulière

d'une membrane microporeuse et de membranes semiper-

méables donne une déshydratation bien plus efficace-

pour une substance contenant de l'eau que celle à la-

quelle on aurait pu s'attendre sur la base de la dif-

férence des coefficients électro-osmotiques des mem-

branes mises en oeuvre L'invention repose sur ce qui

vient d'être indiqué.

Plus particulièrement, l'invention vise un procédé de déshydratation d'une substance contenant de l'eau contenue dans un compartiment de réception formé dans un espace intermédiaire compris entre une cathode et une anode, au moyen de la force électro-osmotique d'une membrane microporeuse,qui consiste à utiliser des membranes semiperméables comme diaphragmes du

compartiment de réception, à disposer la membrane micro-

poreuse du côté se trouvant vers l'anode du diaphragme placé du

côté de la cathode, à faire passer du courant élec-

trique entre les deux électrodes et à soutirer l'eau,

résultant de la déshydratation de la substance conte-

nant de l'eau, d'un intervalle compris entre la mem-

brane microporeuse et le diaphragme mentionné ci-des-

sus se trouvant du côté de la cathode.

L'invention vise également une installation électro-osmotique de déshydratation d'une substance contenant de l'eau par électro-osmose comprenant une cathode et une anode, un compartiment de réception formé dans 1 ' espace intermédiaire compris entre la cathode et l'anode, des membranes semiperméables

disposées ou agencées en diaphragmes pour le compar-

timent de réception formé dans l'espace intermédiaire compris entre les deux électrodes, des membranes

semiperméables disposées et utilisées comme diaphrag-

mes pour le compartiment de réception, une membrane micro-

poreuse disposée du côté se trouvant vers l'anode des diaphrag-

mes placés du côté de la cathode, la membrane micro-

poreuse et le diaphragme semiperméable se trouvant du côté de la cathode étant agencés demanière à ce que les plus grandes parties des surfaces opposées des membranes soient proches l'une de l'autre ou soient presque en contact l'une avec l'autre, et de manière à ce que les plus petites parties restantes de ces surfaces opposées soient séparées d'une distance suffisamment grande pour former unintervalle de

soutirage de l'eau.

Le procédé et l'installation suivant l'inven-

tion sont remarquables en ce qu'ils donnent une déshydratation par électro-osmose très efficace, non seulement de gels, de pates et de dispersions, mais également de solutions aqueuses et de collo Pdes que

les procédés classiques par électro-osmose n'arri-

vaient à déshydrater qu'avec difficulté.

Le procédé et l'installation suivant l'inven-

tion sont remarquables également en ce qu'ils fournis-

sent un mécanisme suivant lequel la déshydratation

d'une substance contenant de l'eau est effectuée ef-

ficacement à n'importe quelle température comprise entre la température ambiante et des températures très élevées, et permet donc de soutirer la substance

concentrée contenant de l'eau en continu ou en semi-

continu, sous la forme d'une solution aqueuse ou

d'un solide.

L'invention permet en outre la déshydratation d'une substance contenant de l'eau dans une large gamme de viscosités,pour autant que la viscosité soit telle que tout constituant ayant de l'importance du

point de vue économique et se trouvant dans la subs-

tance contenant de l'eau soit empêché de passer à tra-

vers la membrane microporeuse.

Le procédé et l'installation suivant l'inven-

tion sont remarquables, en outre, en ce qu'ils permet-

tent d'enlever l'eau d'une manière efficace d'une

substance contenant de l'eau de types variés et d'en-

lever l'eau du système, simplement en raison de la différence de la force électro-osmotique entre la membrane microporeuse et la membrane semipermeable

utilisées dans les installations d'électro-osmose.

Au dessin annexé, donné uniquement à titre

d'exemple:

Les figures 1, 2, 3 et 4 sont des vues en coupe d'installations typiques d'électro-osmose pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention de déshydratation ou de concentration d'une substance

contenant de l'eau La figure 1 représente une instal-

lation utilisant un seul compartiment de réception et deux compartimentstampons qui sont interposés entre une anode et une cathode La figure 2 représente une installation utilisant seulement un compartiment de réception Les figures 3 et 4 représentent chacune une installation utilisant plusieurs compartiments de

réception et plusieurs compartiments-tampons, respec-

tivement dans l'espace intermédiaire compris entre

une anode et une cathode.

Les figures 5 et 6 sont des vues en perspec-

tive illustrant les principaux composants de l'ins-

tallation d'électro-osmose suivant l'invention.

Il est bien connu que, quand on applique un

champ électrique à courant continu à une plaque céra-

mique non vitrifiée, immergée dans un liquide, le

liquide traverse la plaque de céramique non vitrifiée.

Ce phénomène est dénommé électro-osmose Dans ce cas, l'écoulement de I'électro-osmose est dirigé vers la cathode On considère donc que le liquide est chargé

positivement et que la plaque de céramique non vitri-

fiée est chargée négativement En général, à l'inter-

face entre une phase solide et une phase liquide, il se produit une polarisation du côté de la phase solide

et du côté de la phase liquide La polarisation cons-

titue le mécanisme pour ce que l'on appelle les phéno-

mènes électriques interfaciaux dont l'électro-osmose est un exemple Le potentiel électrique prend son

origine dans cette polarisation et est dénommé poten-

tiel zêta On considère que l'électro-osmose se pro-

duit en raison de l'ion qui, étant soumis au potentiel zêta, est sensible au champ électrique extérieur et se

déplace de paire avec l'écoulement visqueux d'eau.

Il est bien connu, à la fois théoriquement et

empiriquement, que l'ampleur de l'électro-osmose est -

directement proportionnelle à la valeur absolue du

potentiel zêta et que le sens de l'écoulement électro-

osmotique est régi par le signe du potentiel zêta.

En électro-osmose, l'écoulement visqueux repo-

sant sur l'interaction des molécules d'eau joue un rôle aussi important que le potentiel zêta Ainsi,

quand des ions de signes dissemblables ou des matri-

ces de masse moléculaire élevée sont présents au cours de l'écoulement visqueux, celui-ci-est perturbé et la valeur du flux de l'écoulement électr O-osmotique est diminué on pensait donc que la quantité d'eau déplacée par l'électro-osmose à travers une membrane homogène ou à travers une membrane d'échange d'ions (faite en général en un matériau homogène et dense) ne peut pas être augmentée facilement, proportionnellement à la quantité d'énergie électrique requise pour le dé- placement de l'eau, même si le potentiel zêta de la membrane est grand on pensait en outre que, comme la membrane est dense et comme les matrices de masse

moléculaire élevée constituant la membrane sont tou-

jours présentes au cours de l'écoulement visqueux, l'écou-

lement électro-osmotique ne peut pas avoir facile-

ment un grand flux.

Pour ce qui concerne le potentiel zêta de com-

posés de masse moléculaire élevée, on effectue actuel-

lement de nombreuses recherches sur les composés de masse moléculaire élevée utilisés dans des fibres et

dans des pellicules, pour-ce qui concerne l'absorp-

tion d'humidité, le gonflement, la teinture, le nettoyage et la fabrication du papier Pendant des

stades tels que d'allongement et de traitement thermi-

que, par exemple, les composés de masse moléculaire élevée subissent une transformation compliquée Les changements d'agencement et de qualité de fibres de ces composés de masse moléculaire élevée se reflètent invariablement dans leur état superficiel Du point de vue de l'état de charge électrique en surface, on peut subdiviser ces fibres en des fibres anioniques et en des fibres amphotères Des fibres cellulosiques

telles que le coton et la cellulose sont partielle-

ment oxydées par oxydation à l'air, pour acquérir des groupes carboxyle, tandis que du vinylon de type alcool polyvinylique acquiert des groupes carboxyle pendant la saponification par exemple On sait que certaines fibres de type polyacrylonitrile acquièrent des groupes acide sulfonique forts provenant d'une

2538551.

catalyse de polymère Toutes ces fibres présentent une charge électrique négative dans l'eau,parce

qu'elles contiennent des groupes anioniques dissocia-

bles et elles sont donc dites fibres anioniques Il est bien connu que des fibres animales et des fibres de Nylon ont un comportement amphotère, suivant le p H, parce qu'elles contiennent des groupes anioniques

et des groupes cationiques.

Les états de surface de ces fibres et pellicu-

les affectent directement le potentiel zêta Une mem-

brane homogène hydrophile de cellulose neutre, par exemple, est chargée négativement, de sorte quequand on applique un champ électrique à courant continu à la membrane dans un liquide, de l'électro-osmose est

engendrée dans le sens de la cathode.

L'essor récent de la technologie des composés

de masse moléculaire élevée a apporté des perfection-

nements aux membranes qui sont constituées de compo-

sés de masse moléculaire élevée utilisés jusqu'ici

en fibres et en pellicules et que l'on appelle mem-

branes microporeuses de masse moléculaire élevée Ces

membranes trouvent-de plus en plus d'utilité dans di-

verses applications, telles que la fabrication de membranes d'ultrafiltration et de diaphragmes pour

batteries Elles ont l'avantage d'avoir des caracté-

ristiques remarquables telles que de faible résis-

tance électrique, de permettre la production de membranes souples, de pouvoir être fabriquées à volonté

en diverses formes, y compris des pellicules, d'acqué-

rir des pores d'un diamètre prescrit d'une manière précise, de permettre l'incorporation de pores de petit diamètre d'une grande porosité, d'être stables de manière à résister aux produits chimiques, et de

garantir une grande facilité de manipulation.

Même si elle est -faite en une substance

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neutre de masse moléculaire élevée, la membrane micro-

poreuse de masse moléculaire élevée acquiert un poten-

tiel zêta élevé, comme décrit ci-dessus, par un trai-

tement convenable, tel qu'un allongement, un traite-

ment thermique, un traitement chimique, ou une impré- gnation En raison de cela, et en raison du fait

qu'elle a une structure microporeuse, on a fait l'hy-

pothèse que la membrane microporeuse de masse molécu-

laire élevée pourrait être moins susceptible que la membrane homogène de souffrir de la perturbation de l'écoulement visqueux du à l'électroosmose Sur la base de cette hypothèse, on a fait des expériences sur la membrane microporeuse de masse moléculaire élevée pour ce qui concerne ses performances de

déshydratation d'une substance contenant de l'eau.

Il en est résulté que l'on a acquis l'assurance que la membrane microporeuse de masse moléculaire élevée

a des performances bien plus élevées pour la déshydra-

tation d'une substance contenant de l'eau que n'im-

porte quelle membrane adoptée par les procédés classiques L'invention a été effectuée par d'autres

études motivées par les performances mentionnées ci-

dessus de la membrane pour l'électro-osmose.

L'invention sera décrite plus en détail ci-

dessous.

Suivant l'invention, on place une membrane

microporeuse ayant une force électro-osmotique éle-

vée sur le côté,se trouvant vers la cathode, du com-

partiment de réception et un diaphragme semipermeable

sur le côté,se trouvant vers la cathodede la membra-

ne microporeuse La membrane microporeuse et le dia-

phragme semipermeable sont agencés de manière à ce qu'ils puissent être sensiblement en contact mutuel l'un avec l'autre ou à ce qu'ils soient séparés d'une distance convenable l'un de l'autre Sous l'action

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d'un champ électrique extérieur, le cation passe à travers la membrane microporeuse, en direction de la cathode (en même temps que l'écoulement visqueux

d'eau) et atteint l'espace intermédiaire-compris en-

tre la membrane microporeuse et un autre diaphragme semiperméable ayant un coefficient électro-osmotique plus petit Le cation continuerait son déplacement vers la cathode si le diaphragme était une membrane d'échange de cations En fait, comme le diaphragme a un coefficient &lectroosmotique plus petit, la plus

grande partie de l'eau qui atteint l'intervalle men-

tionné ci-dessus compris entre les membranes est empe-

chée de passer à travers cette membrane et l'eau est donc retenue dans cet intervalle Mais,par gravité ou en appliquant une très légère pression extérieure,

on décharge facilement l'eau retenue dans cet es-

pace de la cellule électro-osmotique, ce qui fournit la déshydratation souhaitée suivant l'invention Dans

le même temps, l'anion présent dans la substance conte-

nant de l'eau est attiré par la force du champ élec-

trique en direction de la membrane d'échange de ca-

tions se trouvant du côté dellanode L'anion reste

dans le compartiment de réception,parce qulil ne tra-

verse la membrane d'échange de cations qu'avec grande difficulté, que l'anion soit un composé de masse

moléculaire élevée ou que ce soit un composé minéral.

La substance contenant de l'eau est ainsi concentrée.

On pense qu'une grande quantité d'eau est enlevée de la substance contenant de l'eau suivant l'invention en raison seulement du coefficient électro-osmôtique de la membrane microporeuse, parce que l'écoulement visqueux de l'anion est très petit et parce que l'écoulement visqueux du cation est notablement plus grand Si la cellule électro-osmotique est du type à compartiments multiples, comme représenté à la figure

2538551-

3, et si le diaphragme est une membrane d'échange

d'anions, ni le cation traversant la membrane micro-

poreuse, ni l'eau ne peut perméer à travers le dia-

phragme se trouvant du côté de la cathode Ainsi, le cation et l'eau et l'anion minéral, qui ont été for- cés par le champ électrique de passer du compartiment

de réception adjacent au côté se trouvant vers la ca-

thode à travers la membrane d'échange d'anions,sont déchargés en commun de la cellule électro-osmotique

sous la forme d'eau contenant un sel minéral.

Séparément, l'anion de la substance contenant

de l'eau traverse par perméation la membrane d'échan-

ge d'anions se trouvant du côté de l'anode et est dé-

chargé de la même façon sous la forme d'un sel minéral.

Dé cette manière, la déshydratation et la désalinisa-

tion s'effectuent simultanément Il est manifeste

qu'un phénomène intermédiaire entre les deux phénomè-

nes décrits ci-dessus se produira si on utilise une membrane neutre comme diaphragme Dans ce cas, comme

la membrane microporeuse,-si elle est choisie convena-

blement, empêche le constituant de masse moléculaire élevée de traverser cette membrane par perméation, il est retenu dans le compartiment de réception que la

substance soit ionique ou qu'elle ne le soit pas.

Ainsi, les performances de la cellule d'électro-osmose

s'améliorent proportionnellement au coefficient élec-

tro-osmotique de la membrane microporeuse et inverse-

* ment proportionnellement à celui de la membrane semi-

perméable Le procédé suivant l'invention procure une déshydratation avec une efficacité très élevée quand on le compare aux procédés classiques et conduit donc

à une utilisation pratique.

Comme ce procédé n'implique absolument pas l'application d'une pression mécanique indispensable pour l'ultrafiltration par voie électrique, il dépend essentiellement du coefficient électro-osmotique de

la membrane microporeuse.

L'invention peut faire appel à des membranes microporeuses en matière minéralesainsi qu'en celles en matières organiques Comme membranes microporeuses

en matières organiques, qui peuvent être utilisées sui-

vant l'invention, conviennent particulièrement aux

divers buts de l'invention les membranes microporeu-

ses synthétiques de masse moléculaire élevée, parce qu'elles présentent une utilité pratique remarquable aux points de vues suivants

( 1) En raison de la souplesse qu'acquiert la mem-

brane par réglage correct de sa fabrication, on peut la disposer ou l'agencer de façon à ce qu'elle s'adapte exactement à la forme de

la cellule.

( 2) En raison de la grande stabilité et longévité qui lui est inhérente, la membrane peut servir

pendant une durée longue.

( 3) En raison de la résistance élevée présentée par la membrane aux acides, aux alcalis ou aux

autres produits chimiques, la substance conte-

nant de l'eau à déshydrater peut être choisie

dans une grande diversité de substances.

( 4) On peut contrôler facilement les propriétés

physiques de la membrane telles que le diamè-

tre de pores, l'épaisseur de parois, et l'état

de surface.

La membrane microporeuse synthétique de masse moléculaire élevée utilisée suivant l'invention est une membrane obtenue en formant de nombreuses cellules ouvertes dans un article moulé, sous la forme d'une pellicule ou d'une feuille, en composés organiques

synthétiques de masse moléculaire élevée.

On peut préparer la membrane microporeuse synthétique de masse moléculaire élevée de l'invention par: (i) Un procédé qui comprend les stades de mélange

d'une résine thermoplastique,telle que du po-

lyâthylène, du polypropylène, un copolymère de type polyéthylèneg un copolynère de type polypropylène, du poly(chlorure de vinyle),

un copolymère de celui-ci, ou un poly(fluoru-

re de vinylidène), ou une composition de résine contenant au moins l'une des résines thermoplastiques mentionnées ci-dessus,à une poudre minérale sur laquelle est adsorbé un liquide organique tel que le phtalate de dioctyle, de transformation du mélange obtenu par moulage à l'état fondu en une pellicule,

puis d'extraction de la pellicule du liqui-

de organique mentionné ci-dessus, seul ou en

association avec la poudre minérale.

(ii) Un procédé qui comprend les stades de mélange

d'une résine thermoplastique ou d'une composi-

tion de résines thermoplastiques à de la paraf-

fine et à quelque autre substance qui peut être extraite, de transformation par moulage à

l'état fondu du mélange obtenu en une pellicu-

let et ensuite d'extraction de la pellicule de la paraffine et de l'autre substance pouvant

être extraite mentionnée ci-dessus.

(iii) Un procédé qui comprend les stades d'addition d'un agent chimique spumogène, à une résine

thermoplastique ou à une composition de rési-

nes thermoplastiques, de dissolution du mélan-

ge obtenu, et de moulage en mousse par extrusion

du mélange dissous.

(iv) Un procédé qui comprend l'étirage à froid

d'une pellicule de polyethylène ou de poly-

propylène, puis la formation de micropores

dans celle-ci.

(v) Un procédé qui comprend l'irradiation-d'une pellicule de masse moléculaire élevée par des rayons de grande énergie, pour y former des micropores.

Ce ne sont pas les seuls procédés qui sont dis-

ponibles pour la préparation de la membrane micropo-

reuse à utiliser suivant l'invention En fait, cette

membrane microporeuse peut être préparée par n'impor-

te quel procédé capable de donner la membrane micro-

poreuse mentionnée ci-dessus Des exemples d'autres

procédés ainsi disponibles englobent le procédé de cou-

lée en solution, qui donne une membrane microporeuse, telle qu'une membrane d'ultrafiltration, en dissolvant

une résine choisie parmi les polysulfones, les poly-

acrylonitriles, les polyacétylcelluloses, les poly-

amides et les polyimides, additionnés d'additifs dans un solvant et en faisant durcir la solution obtenue,

ainsi que le procédé d'agglomération par frittage.

Un exemple typique de la membrane microporeuse en matériaux minéraux est une membrane microporeuse

en céramique On peut obtenir une telle membrane mi-

croporeuse par exemple en mettant un matériau brut à la forme prescrite et en frittant le produit mis en forme. La membrane microporeuse suivant l'invention n'a pas besoin de contenir de groupes fonctionnels dans les micropores, ou peut y contenir un groupe

fonctionnel anionique Des exemples du groupe fonc-

tionnel-qui peut être incorporé dans les micropores sont des groupes sulfoniques, dès groupes sulfates, des groupes carboxyles, des groupes carboxylates, des

groupes hydroxyles et des groupes acides phosphoriques. Aux fins de l'invention, l'utilisation de membranes

microporeuses anioniques s'est révélée des plus sou-

haitables.

La membrane microporeuse, quand elle est pré-

parée en mélangeant une résine thermoplastique ou une composition de résines thermoplastiques, à une subs- tance-pouvant être extraite, et ensuite en enlevant de la pellicule produite la substance qui peut être extraite, est obtenue en un état o elle ne contient pratiquement pas de groupes fonctionnels quand on effectue l'élimination de la substance qui peut être

extraite à l'aide d'un solvant organique.

On peut ajouter à la résine thermoplastique un groupe sulfone ou un groupe acide sulfonique quand on effectue l'élimination de la substance qui peut

être extraite, ou on effectue un traitement chi-

mique de la pellicule par de l'acide sulfurique fumant

contenant du trioxyde de soufre libre.

Comme la membrane a les propriétés d'avoir un

coefficient électro-osmotique amélioré, une rêsistan-

ce aux produits chimiques améliorée, une résistance à la chaleur améliorée et des propriétés de mouillage améliorées, le nombre des substances contenant de l'eau sur lesquelles on peut effectuer d'une manière efficace la déshydratation électro-osmotique est plus grand et on peut effectuer une déshydratation à des

températures élevées.

Quand on utilise comme résine thermoplastique

la résine de copolymère d'éthylène et d'acide (méth)-

acrylique, de copolymère d'éthylène et de (méth)-acry-

late, ou de copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle, et de l'acide sulfurique fumant contenant du trioxyde de soufre libre pour effectuer l'élimination de la substance qui peut être-extraite ou pour le

traitement chimique de la pellicule produite, on ob-

tient la membrane microporeuse en un état o elle incorpore en une quantité relativement grande des groupes sulfone ou des groupes acide sulfonique et/ou elle contient en outre des groupes carboxyle, des groupes carboxylate, des groupes -OH, etc Par nature, la membrane microporeuse est utilisée avantageusement dans un état o elle a un caractère hydrophile S'il

arrive que la membrane microporeuse manque de ce ca-

ractère hydrophile, elle peut être hydrophilisée par traitement par un alcool ou par un agent tensio-actif, et en conséquence être rendue utilisable d'une manière avantageuse. La porosité, le diamètre moyen des pores, et la répartition des diamètres des pores de la membrane

microporeuse peuvent être choisis d'une manière conve-

nable suivant le type de la substance contenant de l'eau à déshydrater, et suivant les propriétés de

cette substance, de façon à rendre maximum son coeffi-

cient électro-osmotique, et c'est pourquoi ces carac-

téristiques ne sont pas limitées d'une manière parti-

culière En général, cependant, la membrane micro-

poreuse a une résistance électrique suffisamment basse, une résistance mécanique très élevée, et un coefficient électro-osmotique élevé quand sa porosité est comprise entre 20 et 90 %, quand son diamètre moyen de pores est compris entre 10 A et 10 microns, et quand sa répartition des diamètres de corps

S'effectue de manière uniforme dans une plage étroite.

On choisit convenablemént l'épaisseur de la membrane microporeuse en fonction du type et des propriétés de la substance contenant de l'eau à déshydrater En général, la gamme d'épaisseur allant de 10 microns à mm s'est avérée souhaitable du point de vue de la

résistance mécanique et de la facilité de manipulation.

On a déterminé que, quand on applique un champ

électrique à courant continu à la membrane micro-

f 53855 Â poreuse immergée dans un liquide, seule une petite quantité de matrice est présente sur le trajet de l'écoulement visqueux Il en résulte

que cette membrane présente un coefficient électro-

osmotique bien plus élevé que quand on effectue l'électro-osmose dans les mêmes conditions avec une membrane d'échange de cations obtenue en sulfonant une pellicule copolymère d'acétate de vinyle et d'éthylène ayant une capacité d'échange de 2,0 meq/ gramme et une teneur en eau très élevée de 45 % Ce dernier type de membrane est cité, e titre d'exemple de membrane ayant un coefficient électro-osmotique élevé, dans La demande de brevet japonais mentionnée

ci-dessus, publiée sous le No 54 ( 1979)-76488.

L'invention n'est pas limitée au fait Que la

membrane microporeuse ait un coefficient électro-

osmotique particulier Pour que lamembrane effectue une déshydratation plus pratique d'lun gel ou d'une

pâte que toute autre membrane utilisée dans le procé-

dé classique, il est bon qu'elle ait un coefficient

électro-osmotique d'au moins 360 cm 3/F.

Comme le courant électro-osmotique de la mem-

brane microporeuse anionique est dirigé vers le côté

de la cathode, il est nécessaire, pour une déshydrata-

tion efficace, de disposer ou de placer la membrane au moins du côté de la cathode, dans le compartiment de réception Il est, bien entendu, permis d'augmenter l'efficacité de la déshydration en disposant en plus du côté de l'anode une membrane microporeuse qui a été traitée spécialement de manière à ce que la surface de la membrane soit chargée positivement De même, afin de faciliter le soutirage du gel formé pendant

la déshydratation, on peut donner à la membrane micro-

poreuse la forme d'un sachet et la mettre en contact avec les deux diaphragmes opposés placés dans le compartiment de réception La position de la membrane microporeuse n'est pas nécessairement limitée au côté se trouvant vers l'anode du dia Dhraqme se-trouvant du

côté de la cathode du conpartiment de réception.

Quand on utilise dés membranes microporeuses

seules comme diaphragmes dans le compartiment de ré-

ception, et quand on n'utilise pas de membranes semi-

perméables, on obtient une déshydratation efficace d'une substance contenant de l'eau seulement avec difficulté parce que ( 1) les substances engendrées

électrochimiquement dans les compartiments d'électro-

des sont susceptibles de polluer la substance con-

tenant de l'eau en traitement et ( 2) l'eau libérée

en raison de la déshydratation retourne dans les com-

partiments d'électrodes En raison de la possibilité

que des substances non ioniques de petite masse molé-

culaire contenues dans l'eau provenant de la déshydra-

tation donnent lieu à des réactions électrochimiques

aux électrodes, et entraînent une pollution secon-

daire de la substance contenant de l'eau en traitement,

il est essentiel qu'une membrane, telle qu'une membra-

ne neutre ou une membrxane d'échange d'ions, qui a une texture dense et une résistance électrique faible, et qui permet seulement une perméation nominale d'eau

due à l'électro-osmose ou à la diffusion, soit utili-

sée comme diaphragme en plus de la membrane micro-

poreuse du compartiment de réception.

Suivant l'invention, comme cela apparaît à

la figure 3, le-diaphragme 9 qui sépare le comparti-

ment-tampon 4 du côté de l'anode et le compartiment de réception 5 est dénommé diaphragme du côté de

l'anode, et les autres diaphragmes 7 disposés à l'in-

térieur du compartiment de réception 5, sont dénommés

diaphragmes-du côté de la-cathode Dans l'installa-

tion ayant un agencement de type à compartiments

multiples, tel qu'illustré à la figure 3,le diaphrag-

me séparant le compartiment cathodique 1 ou lecompar-

timent-tampon 3 du côté de l'anode et le compartiment de réception 5, ainsi que le diaphragme séparant un compartiment de réception 5 d'un autre compartiment de réception 5, sont dénommés diaphragmes se trouvant

du côté de la cathode, dans la mesure o le diaphrag-

me est placé du côté de la cathode par rapport au diaphragme 9

mentionné ci-dessus se trouvant du côté de l'anode.

Aux figures 1 à 6, 1 désigne un compartiment cathodi-

que, 2 un compartiment anodique, 6 un diaphragme pour

un compartiment cathodique, 8 une membrane micro-

poreuse, 10 un diaphragme se trouvant du côté de l'anode, 11 une entrée pour une substance contenant de l'eau, 12 une sortie pour l'eau, 13 un espace de déchargement de l'eau, 14 uncompartiment-tampon,

une plaque poreuse en matière plastique,16 un ca-

dre-support destiné à supporter une membrane semi-per-

méable et une membrane microporeuse, et ayant une sortie pour de l'eau afin de décharger de la cellule l'eau séparée et 17 une pièce intercalaire disposée

sur la sortie pour l'eau afin de supporter dynamique-

ment le diaphragme 7 alors que l'on fait passer de

l'eau à travers celui-ci.

L'invention ne fait pas usage de l'aptitude électro-osmotique d'une membrane d'échange d'ions telle qu'utilisée dans la demande de brevet publiée

au Japon mentionnée ci-dessus sous le No 56 ( 1981)-

25167 Au contraire, il est souhaitable, suivant l'invention, que les diaphragmes se trouvant du côté de la cathode et le diaphragme se trouvant du côté de l'anode aient un faible coefficient électro-osmotique, parce qu'ils doivent être perméables seulement aux ions et imperméables à l'eau qui passe à travers la membrane microporeuse et à l'eau qui est retenue dans

le compartiment anodique.

Le diaphragme qui remplit ces exigences n'est pas toujours une membrane échangeuse d'ions Ce peut être une membrane dense hydrophile semiperméable qui a un coefficient électro-osmotique plus petit que la membrane microporeuse Des membranes hydrophiles neutres typiques sont des membranes de cellophane, d'alcool

polyvinylique et d'acétate de cellulose En particu-

lier, une membrane d Déchange d'ions est très souhai-

table, parce que c'est une membrane généralement faite en un matériau homogène et dense et parce qu'elle permet seulement une perméation nominale de

l'eau due à 1 Délectro-osmose.

Des exemples concrets de cette membrane

d Déchange d'ions sont des membranes d'échange de ca-

tions ayant un groupe sulfone, un groupe carboxyle,

un groupe acide phosphorique, un groupe acide phospho-

reux, un groupe hydroxyle phénolique, un groupe amide d'acide sulfonique, ou un groupe perfluoro-alcool

tertiaire comme groupe d'échange d'ions; et des mem-

branes d'échange d'anions ayant un groupe sel d'ammo-

nium quaternaireou un groupe amine primaire, secondai-

re ou tertiaire, un groupe sel de sulfonium tertiai-

re ou un groupe sel de phosphonium quaternaire comme

groupe d'échange d'ions.

En outre, l'invention peut également utiliser des membranes d'échange de cations et des membranes

d'échange d'anions ayant des groupes d'échange de ca-

tions et des groupes d'échange d'anions répartis uni-

formément dans les parois de la membrane, des membra-

nes d'échange d'ions amphotères ayant des groupes d'échange de dations et des groupes d'échange d'anions répartis uniformément dans les parois de la membrane, des membranes d'échange d'ions composites ayant des groupes d'échange de cations et des groupes d'échange 2538 e 551

d'anions déposés en des couches superposées et des mem-

branes d'échange d'ions en mosaïque ayant des zones respectivement de groupes d'échange de cations et de

groupes d'échange d'anions disposés parallèlement sui-

vant la direction de l'épaisseur de la membrane.

On peut également utiliser de même des membra-

nes d'échange d'ions contenant d'autres groupes fonc-

tionnels tels que par exemple un groupe ester, un groupe amide, un groupe halogène, un groupe nitrile, un groupe acyle, un groupe ester phosphorique, et un

groupe hydroxyle.

Toutes ces membranes peuvent être utilisées

seules ou à deux ou à plusieurs, sous une forme com-

binée, à titre de diaphragmes suivant l'invention.

Dans le cas d'une installation qui n'est pas munie d'un compartimenttampon, comme illustré à la figure 2, on utilise de préférence une membrane d'échange de cations qui est stable dans les alcalis,

à titre de diaphragme se trouvant du côté de la catho-

de, plutôt qu'une membrane d'échange d'anions qui est susceptible de perdre sa stabilité dans des alcalis,

parce que les électrolytes sont alcalinisés en résul-

tat de l'électrolyse Quand on utilise exclusivement des membranes d'échange de cations comme diaphragmes,

la substance contenant de l'eau est seulement déshy-

dratée et conserve intacte sa composition Même quand la substance contenant de l'eau à déshydrater est une

solution aqueused'un sel minéral, on atteint une déshy-

dratation et une concentration efficaces de la solu-

tion aqueuse en utilisant une membrane d'échange de

cations ayant un nombre de transfert convenable.

Pour la mise en pratique de l'invention, il est souhaitable que la cellule d'électro-osmose soit d'un type à compartiments multiples, tel qu'illustré

à la figure 3, ce qui augmente la capacité de traite-

ment de l'installation Même avec cet agencement, on n'obtient pas une déshydratation efficace quand l'eau qui a perméé dans la membrane microporeuse s'écoule dans le compartiment de réception adjacent au côté se trouvant vers la cathode Mais la cellule électro-os-

motique ayant cet agencement est susceptible de procu-

rer une déshydratation efficace quand on utilise des diaphragmes ayant un coefficient électro-osmotique assez petit de manière à être sûr que l'eau ne puisse se déplacer et à permettre de soutirer l'eau de la cellule.

Dans l'installation de la figure 3, le dia-

phragme se trouvant du côté de la cathode de l'un des compartiments de réception constitue lui-même le diaphragme se trouvant du côté de l'anode d'un autre compartiment de réception qui est adjacent au côté se

trouvant vers la cathode Quand on utilise une membra-

ne échangeuse d'anions pour ce diaphragme, la déshy-

dratation et la désalinisation s'effectuent donc si-

multanément si la substance contenant de l'eau en traitement contient un sel minéral Quand on utilise

une membrane d'échange de cations à titre de diaphrag-

me, la substance contenant de l'eau est seulement

déshydratée et sa composition reste intacte.

Ce procédé procure une déshydratation très

efficace d'une substance contenant de l'eau, pour la-

quelle les procédés ordinaires de filtration ne per-

mettent d'obtenir une déshydratation qu'avec difficul-

té Ce procédé permet également de diminuer la dimen-

sion de l'installation.

Des exemples de la membrane d'échange de ca-

tions qui est utilisée avantageusement suivant l'in-

vention englobent des membranes d'échange de polymè-

res fluorocarbonés contenant un groupe sulfone, des membranes d'échange de résines de styrène et de

divinylbenzène contenant un groupe sulfone, des mem-

branes d'échange de cations préparées à partir d'une

résine de type chlorure de vinyle ou d'une composi-

tion de résinescontenant une résine de chlorure de vinyle et ayant une teneur en groupes sulfone d'au moins 0,1 meq/g Ces membranes ont été proposées dans la demandesde brevet publiéesau Japon sous lesnuméros

58 ( 1983)-17122 et 58 ( 1983)-117225, etc, comme mem-

branes ayant une permeation nominale par l'eau due à l'électroosmoseprésentant une résistance électrique

faible et permettant un traitement stable en atmosphè-

re ambiante On peut également utiliser comme membra-

nes d'échange de cations celles obtenues en incorpo-

rant un groupe sulfone dans une pellicule d'un copoly-

mère de type éthylène et des membranes d'échange

d'ions composites renforcées par une membrane micro-

poreuse, comme proposé dans les demandes de brevets publiées au Japon sous les Nos 52 ( 1977)-29988 et 57 ( 1982)-212232, etc La membrane semipermeable qui constitueun diaphragme suivant l'invention n'est pas limitée d'une manière particulière, pour autant que le coefficient électro-osmotique de la membrane choisie est inférieur à celui de la membrane microporeuse Il est néanmoins désirable que son coefficient électro-osmotique soit aussi petit que possible dans la gamme dans laquelle le passage de l'eau dans le compartiment voisin et l'entrée de l'eau dans le compartiment de réception

sont exclus La membrane est particulièrement avanta-

geuse quand le coefficient électro-osmotique ne dépas-

* se pas 900 cm 3/F Il est plus avantageux qu'il ne dé-

passe pas 360 cm 3/F.

La pâte, qui est avantageusement déshydratée par le procédé suivant l'invention, est une pâte d'une substance minérale ou d'une substance organique dont la viscosité tombe dans la gamme dans laquelle les procédés classiques de filtration ne fournissent

la filtration souhaitée qu'avec difficulté La solu-

tion aqueuse qui est déshydratée avantageusement sui-

vant l'invention est dans un état o une substance donnée est dissoute dans l'eau En particulier, la solution aqueuse d'un composé de masse moléculaire élevée que l'invention permet de déshydrater d'une manière efficace est une solution aqueuse d'un composé de masse moléculaire élevée dont la viscosité tombe dans la gamme dans laquelle le procédé classique de filtration ne procure la déshydratation désirée qu'avec difficulté Le collolde quel'invention permet

de déshydrater d'une manière efficace est une subs-

tance ayant des particules très fines (ayant eii géné-

ral un diamètre d'environ 10 5 à 10 7 cm) dispersées

d'une manière stable dans l'eau.

Dans ce cas, les phénomènes réels qui provien-

nent de l'électro-osmose ne sont pas les mêmes quand la substance contenant de l'eau à traiter est chargée électriquement et quand elle ne l'est pas, bien que le principe de la déshydratation reste le même Plus particulièrement, quand la substance contenant de l'eau est chargée électriquement, elle est attirée vers l'électrode de charge opposée en raison de la

phorèse provoquée par le champ électrique extérieur.

Dans ce cas, quand la substance contenant de l'eau

est un électrolyte anionique naturel ou semi-synthé-

tique de masse moléculaire élevée, et quand la visco-

sité de la substance, en une concentration de 2 % en poids, dépasse 10 cps à 250 C, la substance de masse moléculaire élevée tend à se prendre en gel sur le diaphragme se trouvant du côté de l'anode Ainsi, l'enlèvement de ce gel réalise la déshydratation et la concentration souhaitées de la substance contenant

de l'eau Quand l'électrolyte anionique de masse molé-

culaire élevée est placée dans le compartiment de ré-

ception de l'installation ayant l'agencement mention-

né ci-dessus, la substance de masse moléculaire éle-

vée est portée par sa propre charge électrique dans la direction l'éloignant de la membrane microporeuse en laissant derrière elle une couche d'eau ayant une

faible électroconductivité et une faible viscosité.

La membrane microporeuse expulse cette phase aqueuse

du compartiment de réception, en raison de l'électro-

osmose et de la diffusion On peut ainsi continuer à faire passer du courant électrique dans le système

sans interrompre l'électrophorèse de la substance.

Quand la substance contenant de l'eau à déshydrater est dénuée de charge électrique, ou quand

c'est une substance anionique autre que celle mention-

née ci-dessus, la prise en gel par la polarisation de concentration due au gradient de champ électrique

est difficile à obtenir En choisissant convenable-

ment le diamètre des micropores formés dans la membra-

ne microporeuse, on effectue donc une séparation sélective de l'eau sans faire en sorte qu'il soit

porté atteinte à l'écoulement de la substance conte-

nant de l'eau par le courant électro-osmotique.

Quand la substance contenant de l'eau à déshy-

drater a une charge électrique positive, elle tend à

s'accumuler sur la membrane microporeuse et l'effica-

cité de la déshydratation se dégrade L'aptitude à la

déshydratation de la membrane microporeuse peut néan-

moins être utilisée avec avantage en choisissant conve-

nablement le diamètre des micropores formés dans la membrane et en provoquant en outre une turbulence propre dans l'écoulement Si le diamètre est trop grand, il est possible que la substance contenant de l'eau à déshydrater sorte Aussi doit-on choisir le diamètre des micropores de manière à l'adapter à la

substance particulière contenant de l'eau à déshydra-

ter.

Des exemples concrets de la substance conte-

nant de l'eau à déshydrater, par le procédé et par l'installation suivant l'invention sont des solutions,des colloides, desdispersions et gels aqueux de composés de masse moléculaire élevée contenant des substances organiques utilisées comme agents stabilisants ou comme agents donnant du corps et de la viscosité Des

exemples de ces substances organiques sont des ex-

traits d'herbes marines telles que des carraghénines de type kappa, lambda et iota, des algues marines,

des alginates et de la gélose; des protéines végéta-

les telles que la protéine du soja et la protéine de blé; des polysaccharides végétaux tels que l'amidon; des graisses végétales telles que le lécithine du soja; des extraits visqueux de plantes tels que de

la gomme de caroube, de la gomme de guar, de la gom-

me de tamarinier; des substances résineuses visqueu-

ses telles que de la gomme arabique, de la gomme adra-

gante et de la gomme de caraja; des substances vis-

queuses végétales telles que de la pectine, et de

l'arabinogalactane; des substances visqueuses produi-

tes par des microorganismes telles que de la gomme de xanthane, de la pullulane, du dextrane, et du curdlane;

des protéines d'origine animale telles que la gélati-

ne, la caséine et l'albumine; des graisses d'origine animale telles que le lécithine du jaune d'oeuf; des dérivés de l'amidon tels que le phosphate d'amidon et le carboxyméthyl-amidon; des dérivés de cellulose

tels que l'hydroxyéthyl-cellulose, la carboxyméthyl-

cellulose, la méthyl-cellulose et l'éthyl-cellulose; de la cellulose microcristalline; des dérivés de

l'acide alginique tels que l'ester propylène glyco-

lique de l'acide alginique; et divers composés syn-

thétiques de masse moléculaire élevée tels que l'alcool polyvinylique, la polyvinylpyrrolidone et

l'acide polyacrylique.

L'invention permet la séparation de solutions aqueuses contenant des tissus d'organismes organiques

et de composés organiques à bas poids moléculaire.

Ces tissus d'organismes organiques sont coupés, écra-

sés ou broyés et introduits sous la forme de suspen-

sions, de colloides, de pâtes ou de gels dans le com-

partiment de réception et sont soumis à la déshydra-

tation par électro-osmose.

Les tissus d'organismes organiques envisagés suivant l'invention englobent des tissus musculaires, des tissus nerveux, et des tissus conjonctifs, et en particulier des viandes et des organes internes, de poissons et de crustacés, de bêtes et d'oiseaux dans le cas d'animaux Ce sont des tissus de la peau et des tissus pulpeux et, en particulier, des racines, des tiges, des branches, des fleurs, des feuilles, des fruits, des graines, des bourgeons, des peaux et

des écorces dans le cas de plantes Dans un cas par-

ticulier, des tissus de moisissures sont également inclus.

Dans le cas de plantes, l'invention est effi-

cace pour l'extraction de jus de racines, de tiges, de branches, de fleurs, de feuilles, de fruits, de

graines, de bourgeons, de peaux et d'écorces d'ar-

bres, sans avoir à éliminer les constituants non ami-

donnés et pour recueillir des enzymes, des vitamines, des hormones et des constituants aromatiques Dans le cas d'animaux, elle est efficace pour recueillir des extraits,des hormones, des enzymes et des vitamines

à partir de viandes, d'organes internes et de cer-

velles de poissons et de crustacés, de bêtes et

d'oiseaux, l'élimination de sources d'odeurs désa-

gréables et l'élimination de constituants non protéi-

niques n'étant pas nécessaire L'invention est égale-

ment efficace pour recueillir des constituants utiles à partir de tissus de moisissures. Des exemples des substances minérales sont les oxydes métalliques et les hydroxydes métalliques, tels que l'acide silicique, des silicates, l'hydroxyde d'aluminium, le ciment et l'argile qui possèdent de nombreux groupes -OH en surface etqui forment des gels ou des pâtes hydratées quand ils sont ajoutés à de l'eau En particulier, dans un procédé de préparation

d'un oxyde métallique ou d'un oxyde métallique compo-

site destiné à être utilisé comme catalyseur dans une

réaction chimique, l'oxyde métallique ou l'oxyde mé-

tallique composite est obtenu en dissolvant un sel hydrosoluble tel que le carbonate, le nitrate, le sulfate ou un sel d'acide organique d'un métal dans de l'eau, en neutralisant la solution obtenue par un

alcali provoquant ainsi la précipitation ou la copré-

cipitationen déshydratant et en passant le précipité

ou le coprécipité au four Le procédé suivant l'in-

vention peut être utilisé avantageusement pendant le

stade de déshydratation.

Une telle substance minérale est déshydratée à partir de l'état de pâte ou de colloïde

Il va sans dire que l'on peut appliquer effi-

cacement le procédé suivant l'invention à une solu-

tion aqueuse d'une substance dont la masse moléculai-

re est si grande que son passage peut être empêché

dans une grande mesure par la membrane microporeuse.

Quand une substance dissoute dans l'eau a une masse moléculaire si petite que son passage ne peut pas

être empêché par la membrane microporeuse, il est né-

cessaire que la substance soit contenue dans l'eau

à l'état ionisé.

Quand on utilise l'invention pour la déshydra-

tation d'une substance contenant de l'eau et conte-

nant une substance organique, la pratique qui consis-

te à débarrasser la substance contenant de l'eau de sels étrangers, par exemple en lavant à l'eau, par diffusion, par dialyse, ou par superfiltration, avant de soumettre la substance contenant de l'eau à la déshydratation, est très avantageuse afin d'augmenter

la vitesse de déshydratation et d'augmenter l'écono-

mie de consommation d 'énergie électrique Quand la

substance contenant de l'eàu sous la forme d'une solu-

tion aqueuse, d'une dispersion ou d'un gel contient un électrolyte de bas poids moléculaire, à savoir un sel minéral tel que le chlorure de sodium ou le chlorure de potassium, à titre de substance étrangère (une solution aqueuse d'un composé naturel de masse moléculaire élevée extrait d'une algue marine répond

à cette description), l'invention permet d'obtenir une déshydratation très efficace après que la substan-

ce contenant de l'eau a été au préalable débarrassée

du sel minéral.

Si l'on considère les diverses formes de désa-

linisation, suivant l'invention, la désalinisation par dialyse de diffusion effectue l'élimination d'un sel minéral d'une substance contenant de l'eau, sous la forme d'une solution ou d'une dispersion aqueuse (dénommée ci-après "solution aqueuse"), en plaçant la

substance contenant de l'eau d'un côté d'un diaphrag-

me (une membrane semiperméable, imperméble aux subs-

tances à masse moléculaire élevée et perméable aux sels organiques et/ou aux sels minéraux de bas poids moléculaire) et de l'eau de l'autre côté du diaphragme, ce qui permet aux sels organiques et/ou minéraux de bas poids moléculaire de traverser le diaphragme en provenance de la substance contenant de l'eau sous forme de solution aqueuse pour aller dans l'eau Dans

ce cas, quand la solution aqueuse et l'eau sont tou-

tes deux libres de s'écouler, on en tire l'avantage que le gradient de concentration du sel à travers le diaphragme est augmenté et que l'efficacité de la désalinisation est augmentée en proportion On peut

obtenir avantageusement le maintien des deux solu-

tions à l'état d'écoulement libre en les maintenant en agitation par voie mécanique, à l'aide de lames d'agitation, ou en les mettant en circulation à

l'aide d'une pompe.

L'ultrafiltration est une opération pour ef-

fectuer simultanément une déshydratation et une désa-

linisation d'une substance contenant de l'eau donnée sous la forme d'une solution aqueuse Ceci est obtenu suivant l'invention en plaçant la substance contenant de l'eau d'un côté d'une membrane d'ultrafiltration et en établissant une différence de pression entre

le côté de la membrane retenant la substance conte-

nant de l'eau et le côte restant de la membrane.

Un procédé intermédiaire entre l'ultrafiltra-

tion et la dialyse par diffusion effectue la désalini-

sation d'une substance contenant de l'eau sous la

forme d'une solution aqueuse en maintenant la substan-

ce contenant de l'eau souspression d'un côté d'une membrane d'ultrafiltration et en maintenant de l'eau

de l'autre côté (côté de déchargement)de lamembrane.

-Quand le côté de la solution aqueuse et le côté de l'eau sont tous deux à l'état d'écoulement libre,

le gradient de concentration du sel à travers la mem-

brane d'ultrafiltration est augmenté et le degré de désalinisation est augmenté en proportion On peut maintenir ces deux solutions à l'état d'écoulement libre par un procédé qui consiste à fluidifier la solution aqueuse sous pression au sein d'un diaphragme creux obtenu par moulage, et en mettant le pourtour

du diaphragme creux en contact avec de l'eau courante.

De même que pour l'ultrafiltration mentionnée ci-

dessus, ce procédé oblige à la fois l'eau et le sel

à sortir du diaphragme par application d'une pres-

sion et il est souhaitable par le fait que la désali-

nisation et la déshydratation s'effectuent simulta-

nément. La désalinisation d'une substance contenant de l'eau sous la forme d'un gel, par lavage à l'eau, peut être effectuée trèssimplement par le procédé qui consiste à mettre en contact intime le gel avec de l'eau en mouvement Bien que ce procédé puisse être appliqué avantageusement à un gel qui n'est pas dissous facilement dans l'eau, il ne peut pas être appliqué efficacement au gel qui est dissous facilement dans l'eau Quand le gel est lavé à l'eau et en même temps exposé à des ondes ultrasonores, les sels-du gel sont relâchés de l'endroit confiné ou ils se trouvent en augmentant la vitesse de diffusion de ces sels vers la surface du gel, ce qui augmente la vitesse de désalinisation.

Quand la désalinisation de la substance con-

tenant de l'eau est effectuée par dialyse par diffu-

sion ou en lavant à l'eau, la teneur en eau de la substance contenant de l'eau augmente inévitablement, ce qui semble contraire à la déshydratation et à la concentration visées suivant l'invention Même si la

teneur en eau de la substance contenant de l'eau.

augmente quelque peu avant application de la diffé-

rence de potentiel, le procédé de désalinisation qui, par natures emporte une légère augmentation de la teneur en eau de la substance contenant de l'eau à traiter, s'avère suffisamment avantageux parce que

la désalinisation a pour effet d'augmenter notable-

ment la vitesse et l'efficacité de la déshydratation par électro-osmose Ainsi, la dialyse par diffusion et le lavage à l'eau du gel sont inclus parmi les modes de réalisation de l'invention pour la désali-

nisation de la substance contenant de l'eau.

Le procédé décrit ci-dessous est particuliè-

rement avantageux pour la désalinisation de la subs-

tance contenant de l'eau par ultrafiltration suivant

l'invention, en raison de sa productivité élevée.

D'une manière détaillée,,le procédé qui est particulièrement avantageux pour la désalinisation d'une solution aqueuse d'un polysaccharide anionique

de masse moléculaire élevée, qui est un type de subs-

tance contenant de l'eau, consiste à désaliniser en faisant circuler la solution aqueuse dans un conduit

de type à pression interne, vers un module de filtra-

tion incorporant un fil creux ou une membrane d'ultra-

filtration de type à canal mince, et à assurer pendant cette désalinisation un passage très efficace de

l'eau dans la membrane d'ultrafiltration, en mainte-

nant le taux de cisaillement de la solution aqueuse à la sortie des fils creux ou des canaux minces de la membrane à un niveau élevé, supérieur par exemple à

1000 seconde, ce qui abaisse la viscosité apparen-

te de la solution aqueuse.

Ce procédé procure l'avantage que même une solution aqueuse très visqueuse d'un polysaccharide naturel anionique de masse moléculaire élevée en une faible concentration peut être désaliniséeavec une productivité élevée et, en même temps, déshydratéeet concentréêet débarrasséedes impuretés de bas poids

moléculaire, pratiquement sans pertes du polysaccha-

ride naturel de masse moléculaire élevée.

On décrit maintenant plus particulièrement l'invention pour ce qui concerne la déshydratation d'une substance contenant de l'eau contenant de la carraghénine par exemple La carraghénine est produite en faisant bouillir une algue marine (Gigartina mammillosa) dans de l'eau chaude ou dans une solution aqueuse alcaline, et en extrayant un constituant utile en une concentration de matières solides de

1 à 1,5 % en poids Le constituant utile qui est ex-

trait contient environ 10 % en poids sur la base des matières solides, d'impuretés telles que des agents colorants et des substances à bas poids moléculaire, et quelques dixièmes de pour cent en poids d'autres

sels minéraux Cet extrait a une couleur brun jaunâ-

tre à brun noirâtre.

Pour débarrasser cet extrait des résidus d'algues et des très fines particules de matières solides qui s'y trouvent en suspension, on le mélange à de la terre de diatomées servant d'adjuvant de filtration, et on le filtre dans un filtre presse ou dans un séparateur centrifuge Cette opération n'est pas nécessairement efficace, même si la concentration du constituant utile dans l'extrait est de l'ordre de

1 % parce que l'extrait est un liquide très visqueux.

On fait passer ensuite le filtrat provenant du traitement précédent dans une couche garnie de charbon activé pour l'élimination par adsorption des constituants colorants et des très fines particules d'impuretés Ce traitement n'enlève pratiquement pas de sels minéraux et ne s'effectue pas convenablement

en raison de la viscosité élevée du filtrat En parti-

culier, quand la couche est constituée de charbon activé en grains susceptible d'être régénéré et d'être réutilisé, ce traitement n'est pas considéré comme étant efficace parce que le filtrat ne traverse pas par perméation à l'intérieur des micropores des

particules de charbon activé.

Quand la pression appliquée pour faciliter l'ultrafiltration est fixée, le rapport du passage de

l'eau dans la membrane d'ultrafiltration est inverse-

ment proportionnel sensiblement d'une manière linéai-

re à la viscosité de la solution aqueuse en traite-

ment Un mode opératoire avantageux peut être effec-

tué sans augmentation appréciable de coût Ce mode

opératoire consiste à diluer préalablement la solu-

tion aqueuse extraite de carraghénine à une faible

concentration, à soumettre ensuite la solution aqueu-

se diluée plus facilement à une filtration primaire sur un filtre presse en utilisant de la terre de

diatomées comme adjuvant de filtration, et à soumet-

tre le filtrat obtenu à une filtration secondaire sur une membrane d'ultrafiltration pour éliminer un grand volume d'eau Par ce mode opératoire, la pureté du produit augmente en proportion du rapport de dilution, parce que les quantités de sels minéraux et

d'impuretés entraînées par le filtrat sont augmen-

tées proportionnellement.

Dans le cas d'une solution aqueuse de carra-

ghénine extraite à une concentration de l % en poids, par exemple, on obtient une élimination importante des sels minéraux et des impuretés contenus dans la solution aqueuse en diluant au préalable la solution aqueuse par de l'eau chaude, jusqu'à une teneur en matières solides de 0, 5 % en poids, en soumettant la solution aqueuse diluée à une filtration primaire,

sur un filtre presse et en soumettant ensuite le fil-

trat obtenu à une ultrafiltration.

Un autre procédé pour effectuer une ultra-

filtration d'une manière avantageuse sur la substance contenant de l'eau, qui est susceptible d'une brusque augmentation de viscosité, est un mode opératoire qui consiste à envoyer constamment de l'eau fraîche par un conduit dérivé au dispositif d'ultrafiltration, de manière à faire l'appoint pour l'eau qui est enlevée

du système pendant le processus d'ultrafiltration.

Ceci permet d'obtenir la désalinisation souhaitée

sans changer, de manière appréciable, la concentra-

tion de la substance de masse moléculaire élevée.

Dans ce procédé, quand on effectue l'ultrafiltration de la substance contenant de l'eau en faisant circuler la circulation dans le système, cette circulation peut être effectuée en continu, en introduisant l'eau de dilution par le conduit dérivé, sans qu'il soit besoin d'une cuve de dilution supplémentaire La circulation en continu a l'avantage d'abaisser constamment la

teneur en sels minéraux d'une manière très efficace.

Quand le dispositif d'ultrafiltration utilisé pour la désalinisation de la substance contenant de

l'eau a un agencement à étages multiples, il a l'avan-

tage de pouvoir s'accommoder d'une manière efficace des augmentations possibles de viscosité du filtrat du côté de la sortie, en introduisant constamment de l'eau de dilution par le conduit dérivé incorporé en

un point correct sur la longueur du dispositif.

La mesure dans laquelle la substance conte-

nant de l'eau doit, être désalinisée, suivant l'inven-

tion, est variable avec le type de substance contenant de l'eau à traiter, le type de prétraitement mis en oeuvre, etc Quand la substance contenant de l'eau est sous la forme d'une solution ou d'une dispersion aqueuse, on effectue de préférence la désalinisation jusqu'à ce que la concentration de sels minéraux dans

la solution ou dans la dispersion s'abaisse à une va-

leur inférieure à 1 % en poids et, mieux, à 0,5 % en poids, et mieux encore à 0,2 % en poids Quand la substance contenant de l'eau est sous la forme d'un

gel contenant de l'eau d'une substance de masse molé-

culaire élevée, il est souhaitable d'effectuer la désalinisation jusqu'à ce que la concentration de sels

minéraux dans la substance de masse moléculaire éle-

vée s'abaisse à une valeur inférieure à 50 % en poids,- et mieux à une valeur inférieure à 25 % en poids, et

mieux encore à une valeur inférieure à 10 % en poids.

Une fois que la substance contenant de l'eau

a subi le traitement mentionné ci-dessus de désalini-

sation, on peut effectuer avantageusement la déshydra-

tation par électro-osmose suivant l'invention à une

vitesse extrêmement rapide et avec une grande effica-

cité. Pour une raison mal connue, le coefficient

électro-osmotique de la membrane microporeuse de mas-

se moléculaire élevée est très affecté par les sels minéraux se trouvant dans la substance contenant de l'eau En effet, l'efficacité de la déshydratation est abaissée et la vitesse de la déshydratation et de la concentration diminue au fur et à mesure que la teneur en sels minéraux augmente Pratiquement, pour effectuer une déshydratation électroosmotique d'une substance contenant de l'eau, il est très important de désaliniser la solution, la pâte, le colloide, la dispersion ou le gel aqueux et d'empêcher des sels minéraux de fuir d'une manière excessive dans la substance contenant de l'eau maintenue à l'intérieur

du compartiment de réception, pendant que la déshy-

dratation et la concentration électro-osmotique sont

en cours.

La fuite de sels minéraux pendant la-déshydra-

tation électro-osmotique de la substance contenant de

l'eau est un phénomène suivant lequel les électroly-

tes présents dans le compartiment anodique et dans le compartiment cathodique, pendant la déshydratation et la concentration, o l'acide et l'alcali engendrés

au compartiment anodique et au compartiment cathodi-

que s-'écoulent dans la substance contenant de l'eau.

Cette fuite est empêchëe de la manière la plus effi-

cace en mettant la substance contenant de l'eau et l'électrolyte en contact par l'intermédiaire d'un

di-aphragme semiperméable, à savoir en inter-

posant entre eux la membrane semiperméable Ce procé-

dé empêche correctement les sels minéraux et d'autres substances étrangères de passer dans la substance

* contenant de l'eau et sert donc à empêcher que l'effi-

cacité de la déshydratation ne diminue Ce procédé a l'avantage d'empêcher que des composés ioniques de

masse moléculaire élevée ne subissent une modifica-

tion indésirable, parce que tout contact direct

entre la substance contenant de l'eau et les électro-

des est exclu Il est important de noter que, pendant

la déshydratation et la concentration électro-osmo-

tique d'une substance contenant de l'eau et contenant une substance de masse moléculaire élevée, la fuite dans la substance contenant de l'eau de l'acide et de

l'alcali engendrés dans les compartiments des élec-

trodes emporte les inconvénients suivants, en plus de la diminution mentionnée ci-dessus de l'efficacité de la déshydratation: ( 1) la fuite d'un acide, par

exemple, provoque un échange d'ions sur l'ion antago-

niste de la substance ionique de masse moléculaire élevée dans la substance contenant de l'eau ( 2) Au cours de la déshydratation, du séchage et/ou de la dissolution dans l'eau chaude (pour la reprise en

gel), la fuite a un effet défavorable de décomposi-

tion de la substance contenant de l'eau avec le résul-

tat que le produit est coloré et qu'il est porté atteinte à sa viscosité et à sa propriété de prise en gel, ce qui peut en conséquence l'empêcher d'avoir

une bonne qualité.

Il est donc impératif, pour que la déshydrata-

tion et la concentration électro-osmotiques de la

substance contenant de l'eau et contenant une substan-

ce ionique de masse moléculaire élevée réussisse que la fuite d'acide et d'alcali, en particulier d'acide dans la substance contenant de l'eau à traiter, soit évitée à tout prix On peut empêcher la fuite de

l'acide en (a) utilisant des électrolytes en de gran-

des quantités, ce qui diminue toute variation possible de p H pendant le passage du courant électrique, ou

(b) en mélangeant peurà peu l'électrolyte du comparti-

ment anodique à celui du compartiment cathodique En particulier, les procédés suivants sont avantageux ( 1) Utiliser un tampon comme électrolyte dans

le compartiment anodique.

( 2) Prévoir une résine d'échange de cations

dans l'électrolyte à l'anode, ce qui neu-

tralise l'acide engendré dans le comparti-

ment anodique.

( 3) Prévoir un lit de résine d'échange de

cations contenant l'électrolyte ou un com-

partiment-tampon entre l'anode et la cathode, ce-qui neutralise l'acide et/ou

l'empêche de fuir dans la substance conte-

nant de l'eau.

( 4) Prévoir une membrane d'échange de cations le long du diaphragme semiperméable, ce qui neutralise l'acide et/ou l'empêche de

fuir dans la substance contenant de l'eau.

En associant correctementles procédés mention-

nés ci-dessus, on peut éviter, dans une très grande

mesure, tout contact de l'acide avec la substance con-

tenant de l'eau de manière à assurer une déshydrata->

tion efficace de la substance contenantde l'eau.

Dans le cas d'une substance contenant de l'eau et contenant de la carraghénine, par exemple, on peut empêcher que la carraghénine ne subisse une

modification chimique en maintenant le p H de l'élec-

trolyte au-dessus d'une va-leur faiblement acide Du point de vue de la prévention de toute modification

du point de vue chimique, le p H est maintenu de préfé-

rence au voisinage de 7.

Quand un p H alcalin a une influence néfaste,

il suffit de neutraliser l'alcali engendré au compar-

timent cathodique, ou de l'empêcher de fuir dans la substance contenant de l'eau Sur le même principe que celui mentionné ci-dessus, il est souhaitable de minimiser le contact éventuel de l'alcali et de la substance contenant de l'eau en utilisant un tampon

de p H < 7,*une résine d'échange d'anion, ou une mem-

brane d'échange d'anion.

Dans n'importe lequel des divers procédés énumérés ci-dessus, on satisfait au désir d'avoir l'ion antagoniste du groupe d'échange d'ion de la substance contenant de l'eau retenu ou échangé avec

une espèce d'ion particulière, en équilibrant l'espè-

ce d'ion ou l'espèce d'ion antagoniste du tampon électrolytique, de la résine d'échange d'ion ou de la membrane d'échange d'ion à utiliser avec l'espèce d'ion particulière mentionnée ci-dessus Ainsi, le but de retenir l'espèce d'ion antagoniste ou de

l'échanger est réalisé cependant que la déshydrata-

tion se poursuit sans interruption.

Pour empêcher la fuite dans une substance contenant de l'eau et contenant de la carraghénine, on peut équilibrer le cation de l'électrolyte et l'ion antagoniste de la résine d'échange de cation ou

de la membrane d'échange de cation avec l'ion anta-

goniste souhaité de la carraghénine, la rétention

désirée ou l'échange de l'ion antagoniste de la carra-

ghénine pouvant être effectuée avantageusement sans

interrompre la déshydratation.

+ En utilisant K comme ion antagoniste de la carraghénine, on peut obtenir un gel ayant une teneur en eau élevée, ou un gel ayant une grande force Pour produire de la carraghénine ayant une teneur en eau

élevée et une force de gel élevée, il est donc souhai-

table que l'électrolyte, le tampon, la résine d'échange

de cati-on ou la membrane d'échange de cation mention-

nés ci-dessus contiennent IC Il est souhaitable que

le p H du gel soit voisin de 7.

Quand l'installation suivant l'invention est

conçue suivant un agencement contenant plusieurs com-

partiments de réception, tel qu'illustré à la figure

3 ou à la figure 4, l'eau séparée de la substance con-

tenant de l'eau peut être retirée de chacun des com-

partiments de réception En conséquence, le nombre

des compartiments d'électrodes peut être réduit et-

la substance contenant de l'eau en une grande quanti-

té peut être déshydratée en consommant peu de puis-

sance électrique.

Quand on doit déshydrater, dans l'installa-

tion de type à compartiments multiples de la figure 3, une substance contenant de l'eau dont la teneur

en sels étrangers a été diminuée d'une manière ex-

trême au préalable, en sorte que l'efficacité de-la déshydratation soit augmentée, il peut se produire un phénomène semblable au phénomène d'hydrolyse impliqué dans le processus d'électrodialyse En conséquence,

le p H de l'eau séparée tend à se déplacer vers le do-

maine alcalin et le p H du gel ou de la pâte contenu en partie ou pour la plus grande partie dans le com partiment de réception tend à se déplacer vers le

domaine acide.

Pour empêcher le déplacement mentionné ci-

dessus du p H du gel ou de la pâte vers le domaine

acide, il est très souhaitable de prévoir le compar-

timent tampon 14 contenant de l'électrolyte, entre chaque compartiment de réception, comme illustré à la figure 4 Les fonctions du compartimenttampon 14 mentionné ci-dessus sont ( 1) d'empêcher l'apparition du phénomène d'hydrolyse, ou de diminuer le degré de ce phénomène par l'addition de sels ou d'ions dans les compartiments de réception, ou entre la membrane semiperméable et la membrane microporeuse; et ( 2)

d'empêcher la diffusion d'acide engendrée par le phé-

nomène d'hydrolyse dans le compartiment de réception voisin.

Il s'ensuit qu'il vaut mieux choisir de ma-

nière convenable l'électrolyte et la membrane semi-

perméable constituant le compartiment-tampon, en fonc-

tion du but visé C'est ainsi, par exemple, qu'une membrane d'échange de cations ayant un nombre de

transfert de cations non supérieur à 0,95 est parti-

culièrement avantageuse comme diaphragme se trouvant du côté de la cathode, de manière à diminuer beaucoup l'hydrolyse tout en conservant une efficacité élevée

à la déshydratation Dans l'installation telle qu'il-

lustrée à la figure 4, le phénomène d'hydrolyse peut également avoir lieu, mais le p H du gel ou de la pâte

ont tendance à se déplacer vers le domaine alcalin.

On empêche ce phénomène en ajoutant aux fonctions du compartiment-tampon 14 une fonction d'élimination ou de neutralisation de la substance alcaline contenue

dans le gel ou dans la pâte.

Suivant l'invention, on peut prévenir l'appa-

rition du phénomène d'hydrolyse et de ses effets néfastes sur le gel ou sur la pâte en choisissant correctement le type d'installation, la nature de la membrane (en fonction de la valeur du nombre de transferts de cations) du type et de la concentration

des électrolytes contenus dans le compartiment-tam-

pon et également en choisissant correctement la densi-

té de courant Dans l'installation de la figure 4, il va sans dire que l'ion antagoniste du gel ou de-la pâte peut être modifié d'une manière appropriée en

choisissant correctement le type d'électrolyte conte-

nu dans le compartiment-tampon.

Dans l'installation suivant l'invention, pour la déshydratation électroosmotique d'une substance contenant de l'eau, la membrane microporeuse et la membrane semiperméable sont séparées partiellement pour ménager un espace 13 destiné à être utilisé pour soutirer l'eau enlevée de la substance contenant de l'eau L' espace 13 est ménagé dans les parties

inférieures respectivement de la membrane microporeu-

se 8 et du diaphragme 7 se trouvant du côté de la cathode, dans l'installation illustrée aux figures

1 à 6 En variante, il peut être ménagé dans les par-

ties supérieures ou intermédiaires de ces membranes.

A l'exception des parties formant l'espace 13, utilisées pour soutirer l'eau enlevée, les parties

de la membrane microporeuse et de la membrane semi-

perméable (les plus grandes parties des surfaces

opposées des membranes) sont avantageusement mainte-

nues en contact intime l'une avec l'autre, ou opposées.

l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une mince cou-

che de liquide (eau ou solution aqueuse) Quand l'espace 13 de soutirage de l'eau est ménagé dans les parties inférieures des deux membranes, et si les surfaces opposées des membranes sont séparées d'une distance si grande que le liquide ne peut plus être retenu par tension superficielle entre les surfaces opposées, le liquide intermédiaire compris entre la membrane semiperméable et la membrane microporeuse

s'écoule complètement vers le bas hors de 1 ' es-

pace En conséquence, le trajet du courant électri-

que est interrompu et la déshydratation ne peut plus se poursuivre Quand 1 ' espace 13 de soutirage de l'eau est ménagé dans les portions inférieures des membranes, la distance séparant les surfaces opposées des deux membranes doit être donc maintenue dans la plage dans laquelle le liquide peut être retenu, de manière à ce qu'il soit retenu entre les surfaces opposées par tension superficielle Cettelimitation n'est pas aussi draconienne quand 1 ' espace est

ménagé dans-les parties supérieures des deux membra-

nes que lorsqu'il l'est dans les parties inférieures.

Dans l'esprit de l'invention, qui consiste à retirer

de l'eau de la substance contenant de l'eau en utili-

sant la force électro-osmotique de la membrane microporeuse et ensuite à effectuer le soutirage de l'eau interceptée par la membrane semiperméable, la distance comprise entre la membrane microporeuse et la membrane semiperméable doit être aussi petite que possible. L'invention est décrite d'une manière plus particulière ci-dessous en se référant à des essais, à des exemples et à dés exemples comparatifs dont aucun de ces essais, exemples et exemples comparatifs

n'est de nature à limiter l'invention.

La viscosité, le coefficient électro-osmoti-

que, la résistance électrique, la porosité de la mem-

brane microporeuse, le diamètre moyen de pores et le nombre de transfert de cation auxquels on se référera ci-après sont déterminés par les procédés décrits

respectivement ci-dessous.

Viscosité (centipoise) On détermine cette propriété à l'aide d'un viscosimètre de type B, à la température de 250 C. Coefficient électroosmotique (cm /F) On détermine cette propriété à l'aide d'un dispositif habituel en utilisant une solution aqueuse de chlorure de sodium 0,05 N ( 250 C) comme liquide d'essai et en faisant passer un courant électrique continu avec une densité de courant constante de

milliampères/cm On donne ce coefficient en volu-

me (cm 3) de liquide d'essai transporté par farad

d'électricité qui est passé.

L'expression utilisée dans le présent mémoire

suivant laquelle la membrane semiperméable a un coef-

ficient électro-osmotique plus petit que la membrane microporeuse signifie que ce coefficient mesuré par le procédé décrit ci-dessus est plus petit ou que le transport d'eau se produit dans le sens allant vers l'anode. Résistance électrique (fl-cm 2 Cette propriété est déterminée dans une solu-

tion aqueuse de chlorure de sodium 0,05 N à 25 C par un procédé suivi habituellement pourla détermination

de la résistance électrique d'une membrane.

Porosité d'une membrane microporeuse (%) Cette valeur est calculée suivant la formule

indiquée ci-dessous.

Porosité Volume total de pores Volume de membrane microporeuse Diamètre moyen de pores de la membrane microporeuse (dm) Cette grandeur est déterminée en mesurant le plus grand diamètre et le plus petit diamètre d'un total de 200 pores à la surface d'une membrane microporeuse donnée, observés sur une photographie prise par un microscope électronique à balayage et

en calculant la moyenne arithmétique de ces diamètres.

Diamètre moyen de particules de la cellulose Cette grandeur est déterminée en utilisant un

appareil de détermination de la répartition des diamè-

tres de particules du type à sédimentation par centri-

fugation fournies sous le nom de CP-50, par la Socié-

té Shimazu Seisakusho.

Nombre de transfert de cation Cette grandeur est déterminée en mesurant le potentiel électrique d'une membrane par un protocole opératoire classique, dans les conditions ou les deux côtés de la membrane- échantillon ont la concentration

de 0,2 M/0,1 M et la température du liquide est mainte-

nue à 250 C en utilisant du chlorure de potassium com-

me électrolyte.

Essai 1 Dans un malaxeur, on fond et on malaxe à 1600 C pendant 30 minutes, 100 parties en poids d'une résine de type chlorure de vinyle (fournie par la Société Chisso Corporation sous le nom de Nipolit MH),

43 parties en poids de phtalate de dioctyle et 5 par-

ties en poids d'un agent stabilisant de type malate organostannique (fourni par la Société Nitto Kasei, Co Ltd sous le nom de TVS N 2000 E 4) On fait fondre et on moule par extrusion la composition obtenue sur

une extrudeuse pour obtenir une pellicule de 50 mi-

crons d'épaisseur.

On sulfone cette pellicule par de l'acide sulfurique fumant contenant 10 % O en poids de trioxyde de soufre libre ( 420 C), puis on lave par un procédé ordinaire (classique), et on traite pour transformer le groupe acide sulfonique en le groupe sel sodique, afin d'obtenir une membrane d'échange de cation ayant une résistance électrique de 6 f 2 Q 2-cm On trouve que cette membrane d'échange de cation a un coefficient

2 538551

électro-osmotique extrêmement petit de 55 cm 3/F.

Essai 2 On imprègne une feuille de tissu tissé de polypropylène (filaments de 50 deniers), irradiée par des faisceaux d'électrons sous une atmosphère d'azote gazeux, par un mélange liquide de monomères consistant en 20 parties en poids de divinylbenzène

(pureté 55 %), 80 parties en poids de styrène, 40 par-

ties en poids de phtalate de dibutyle et 0,5 partie en poids de peroxyde de benzoyle, puis on chauffe

pour effectuer la polymérisation du mélange de mono-

mères et produire une pellicule On sulfone ensuite

la pellicule dans du dichloroéthane saturé par un pro-

duit d'addition d'anhydride sulfurique et de dioxane ( 5 C), on la lave par un procédé habituel et on la traite pour en transformer le groupe acide sulfonique en un groupe sel sodique de manière à produire une

membrane d'échange de cation de 130 microns d'épais-

seur On trouve qu'elle a une résistance électrique de 7,2 ohm-cm 2 et un coefficient électro-osmotique

de 100 cm 3/E.

Essai 3 On mélange à sec, à température ambiante, 81 parties en poids d'une résine de type chlorure de vinyle (fournie par la Société Chisso Corporation,

sous le nom de Nipolit ME), 9 parties en poids de po-

lyéthylène chloré (fourni par la Société Showa Denko K.K sous le nom de Elaslan 303 B), et 10 parties en poids d'un copolymère de 92,3 % en mole d'éthylène

et de 7,7 % en mole d'acrylate d'éthyle (IF = 2).

Ensuite, on ajoute au mélange de résines préparées comme décrit ci-dessus, 31 parties en poids de phtalate de dioctyle et 5,5 parties en poids d'un agent stabilisant de type malate organo-stannique (fourni par la Société Nitto Kasei Co, Ltd, sous le nom de TVS N 2000 E 4), ces proportions étant toutes deux

sur la base de la quantité de résine de type de chlo-

rure de vinyle mentionnée ci-dessus On fond et on

malaxe le mélange obtenu dans un malaxeur à 160 C pen-

dant 30 minutes pour obtenir une composition de résine. On moule par extrusion la composition de résine sur une extrudeuse à 190 C pour former une pellicule de 80 microns d'épaisseur On sulfone la pellicule par de l'acide sulfurique fumant contenant 10 % en poids detrioxyde de soufre libre ( 42 C), puis on la lave et on la neutralise par un procédé

habituel pour obtenir une membrane d'échange de ca-

tion ayant un groupe sulfonate de sodium Cette mem-

brane a une résistance électrique de 2,4 ohm-cm 2, et

un coefficient électro-osmotique de 130 cm 3/F.

Essai 4 On sulfone, par de l'acide sulfurique fumant contenant 10 % en poids de trioxyde de soufre libre

( 30 C), une membrane microporeuse de type polyéthylè-

ne (ayant une épaisseur de 200 microns, un diamètre moyen de pores de 0, 02 microns et une porosité de %), contenant 50 % en poids de particules finement

divisées de silice, on la lave par un procédé habi-

tuel, puis on la trempe dans une solution aqueuse à

30 % en poids d'hydroxyde de sodium ( 60 C) pour effec-

tuer l'extraction de la silice finement divisée et la neutralisation du groupe acide sulfonique On obtient en conséquence une membrane microporeuse hydrophile

ayant une capacité d'échange de 0,08 meq/g, une ré-

sistance électrique de 13,0 ohm-cm 2 et un coefficient

électro-osmotique de 6500 cm 3/F.

Essai 5 Dans un malaxeur, on malaxe à 190 C pendant minutes, 80 parties en poids d'un copolymère de type éthylène (I F = l Ji ayant des groupes COOH 3, -COOH, et -COO Na et obtenu en saponifiant (jusqu'à un

degré de saponification de 60 % en mole) et en neu-

tralisant (jusqu'à un degré de neutralisation de 30 % en mole), un copolymère consistant en 94,2 % en mole d'éthylène et en 5,8 % en mole de méthacrylate de méthyle, et 20 parties en poids de polyethylene haute

densité (masse volumique 0,955 g/cm 3 I F = 7) En-

suite, on malaxe à 190 C pendant 30 minutes 100 QO par-

ties en poids du mélange de résines obtenu et 43 par-

ties en poids de paraffine liquide (fournie par la Société Kokusan Chemical Co, Ltd)o On moule par extrusion la composition de résine obtenue sur une extrudeuse en procédant à 180 C pour obtenir une pellicule de 40 microns d'épaisseur On trempe cette

pellicule dans du l,1,1-trichloroéthane pour en enle-

ver la paraffine liquide, on fait réagir sur de l'acide sulfurique fumant contenant 10 % en poids de

trioxyde de soufre libre, on lave par de l'acide sul-

furique concentré, par de l'acide sulfurique dilué et par de l'eau, dans l'ordre mentionné, on hydrolyse ensuite et on neutralise simultanément par une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium à 31 % en poids, en

opérant à 60 C, on lave à l'eau et on sèche pour obte-

nir une membrane d'échange de cation ayant un nombre de transfert de cation de 0,90 Cette membrane a une

résistance électrique de 1,0 ohm-cm 2, et un coef-

1 3

ficient électro-osmotique de 290 cm 3/F.

Essai 6

On utilise comme substrat une membrane micro-

poreuse (ayant une épaisseur de 200 microns, un diamè-

tre moyen de pores de 0,02 micron et une porosité de

%), formée par un procédé connu à partir d'une com-

position de résine qui a été préparée à partir de phtalate de dioctyle, d'anhydride silicique à l'état finement divisé, et de polyéthylène haute densité en

poudre (masse volumique de 0,950 g/cm et IF = 1).

On étale sur le substrat constitué de la membrane, à l'aide d'une tige d'application et en une épaisseur de résine de 2 microns pour former un revêtement sur la membrane, une dispersion préparée en mélangeant parties en poids de latex (teneur en matières solides de 40 % en poids) contenant un copolymèré de type éthylène, et résultant de la neutralisation

partielle (degré de neutralisation 30 %) d'un copoly-

mère de 95 % en mole d'éthylène et de 5 % en mole d'acide méthacrylique à 5 parties en poids d'alcool isopropylique On vieillit la membrane microporeuse revêtue à 90 C pendant une heure pour préparer une

pellicule -

On superpose ensuite deux feuilles de la pel-

licule, leurs surfaces revêtues respectives étant opposées l'une à l'autre, et on lamine à l'aide d'une

presse à chaud pour obtenir une pellicule composite.

Ensuite, en suivant le protocole opératoire de l'essai 1, on sulfone la pellicule composite, on la lave et on la trempe dans une solution aqueuse à 31 % en poids

d'hydroxyde de sodium, en opérant à 600 C, pour neutra-

liser et extraire simultanément la silice de la membra-

ne, afin d'obtenir une membrane d'échange de cation ayant un nombre de transfert de cation de 0,90 Cette membrane a une résistance électrique de 23 ohm-cm 2, une capacité d'échange de 3,2 meq/g pour le groupe

sulfone de la membrane de copolymère de type éthylè-

ne sulfoné, et un coefficient électro-osmotique de

490 cm 3/F.

Essai 7.

En suivant le protocole opératoire de l'essai

1, sauf que l'épaisseur d'une pellicule est de 40 mi-

crons, on obtient une membrane d'échange de cation ayant un coefficient électro-osmotique semblable à celui de la membrane d'échange de cation obt nue à

l'essai 1.

Exemples 1 à 4

Dans une installation telle qu'illustrée à la figure 1, on utilise des membranes d'échange de cation (avant une surface de membrane disponible de 25 cm 2),

obtenues à l'essai 1, comme diaphragme 6 dans le com-

partiment cathodique 1, cosue diapxhaxe 10 dans le-cca-

partiment anodique 2 conmme diaphragms 7 se trouvant du côté de la cathode dans le compartment de réception,et coime diaphragme 9 se trouvant du côté de lranode

dans le compartiment de réception 5 Au cours des di-

vers essais, on utilise comme membrane microporeuse 8, une membrane microporeuse de type polyéthylène contenant 50 % en poids de silice à l'état finement

* divisé (ayant une épaisseur de 200 microns, un diamè-

tre moyen de pores de 0,02 micron, une porosité de %, une résistance électrique de 15,4 ohm-cm 2, et un coefficient électro-osmotique de 1570 cm /F, une membrane microporeuse de polypropylène lmembrane ayant une épaisseur de 25 microns, un diamètre maximum de pores de 0,4 x 0,04 micron, une porosité de 45 %, une

résistance électrique de 3,0 ohm-cm 2, et un coeffi-

cient électro-osmotique de 1210 cm 3/F, obtenue en trempant une feuille de polypropylène (fournie par la Société Celanese Plastics Co sous le nom de Celgard 3501) dans de l'isopropanol et en remplaçant ensuite celui-ci par de l'eaul, une membrane microporeuse de polysulfone (ayant une épaisseur de 80 microns, un diamètre moyen de pores de 0,002 micron, uoe porosité de 75 %, une résistance électrique de 7,1 ohm-cm 2, et un coefficient électro-osmotique de 1620 cm /F) et une membrane microporeuse hydrophile de l'essai 4 Le compartiment cathodique 1, le compartiment anodique 2 et les compartiments-tampons 3 et 4 sont emplis d'une solution aqueuse à 1 % en poids de sulfate de potassium et le compartiment de réception 5 ayant un espace de 1 cm d'épaisseur est chargé en continu par l'entrée il d'une solution aqueuse à 0,93 % en poids de gomme de xanthane (fournie par la Société Rhône Poulenc Japon sous le nom de Rhodigel 23) (viscosité de 2000 cps environ) (l'alimentation du

compartiment de réception 5 étant réalisée d'une ma-

nière continue par addition d'un appoint frais de la solution aqueuse de gomme de xanthane), On-fait passer

du courant électrique dans-l'installation en mainte-

nant un courant constant de 0,1 ampère, pour effectuer la déshydratation de la solution aqueuse de gomme de xanthane, par électro-osmose, en une demi-heure On soutire ensuite la solution aqueuse retenue dans le

compartiment de réception 5, et on démonte l'installa-

tion pour en inspecter l'intérieur On trouve qu'un grand volume de pâte de gomme xanthane déshydratée et concentrée adhère au diaphragme se trouvant du

côté de l'anode.

On déduit des résultats indiqués au tableau 1, que pendant le passage du courant électrique dans l'installation, de l'eau ne contenant pas de gomme de

xanthane a été soutirée par la sortie 12, en une quan-

tité bien plus grande que ce à quoi l'on pouvait s'attendre par la valeur mesurée du coefficient

électro-osmotique de la membrane et que, en consé-

quence, la solution aqueuse de gomme de xanthane est

très concentrée et est transformée en une pâté Pen-

dant le passage du courant électrique, la tension moyenne appliquée au compartiment de réception 5 est très basse et l'efficacité de la déshydratation et de

la concentration est très élevée.

Pendant le passage du courant, on fait circuler

et on neutralise continuellement les électrolytes du com-

partiment cathodique 1 et du compartiment anodique 2

et on remplace en continu la solution aqueuse des com-

partiments-tampons 3 et 4 par un appoint frais de solution aqueuse à 1 È en poids de sulfate de potas- sium, de manière à effectuer la déshydratation par électro-osmose en continu, sous un courant d'air

chaud à 40 çC, pendant pas moins de 12 heures.

TABLEAU 1

Liquide soutirée par la sortie Pâte produite Typempr a dert Tension moyenne Exemple ype e Teneur en Teneur appliquée au No membrane Teneur en Tenieur encoprietd No microporeuse Quantité matières Quantité matières cptint de (cm 3) solides (cm 3) solides

(%) (%)

Membrane micro-

1 poreuse de 55 O 11,5 5,1 11

type poly-

éthylene Membrane 2 microporeuse 56 % O 11,0 5,2 10,5

de poly-

propylène Membrane 3 microporeuse 55 10,9 4,9 13,5

de poly-

sulfone Membrane 4 microporeuse 59 N O 11,0 5,5 9,5 de l'essai 4 *Tension moyenne appliquée entre la surface se trouvant du côté de la cathode du diaphragme 7 se trouvant du côté de la cathode et la surface se trouvant du côté de l'anode du diaphragme 9 se

trouvant du côté de l'anode.

Ln r> Ln n

-2538551

Exemple 5

On déshydrate et on concentre la solution aqueuse de gomme de xanthane en suivant le protocole

opératoire de l'exemple 1, si ce n'est'que les membra-

nes d'échange de cation utilisées comme diaphragme

7 se trouvant du côté de la cathode dans le comparti-

ment, de réception 5, et comme diaphragmes 9 se trou-

vant du côté de l'anode dans le compartiment de récep-

tion 5, sont remplacées par des membranes semiperméa-

bles de type cellophane destinées à être utilisées dans des fumoirs (ayant une épaisseur de 120 microns, une résistance électrique de 18,7 ohm-cm 2, et un coefficient électro-osmotique de 150 cm 3/F; fournies par la Société Toho Cellophane Co, Ltd sous le nom

de TOHO CASING EP No 135) Par la sortie 12, on sou-

tire 28 cm 3 d'eau ne contenant pas de gomme de xantha-

ne Sur le diaphragme 9 se trouvant du côté de l'anode, il se dépose 8,6 g de pâte de gomme de xanthane ayant une teneur en matières solides de 4,6 % en-poids On déduit de ces résultats que cette opération effectue la déshydratation et la concentration dans une grande

mesure en dépit du fait que les diaphragmes 7 se trou-

vant du côté de la cathode et que le diaphragme 9 se

trouvant du côté de l'anode sont tous ces membra-

nes semiperméables incapables d'échanger des ions La tension moyenne appliquée au compartiment de réception n'est que de 4 V, ce qui indique que la consommation d'énergie -électrique dans cette opération est très petite.

Exemple 6

Une solution aqueuse à 0,8 % en poids de -gom-

me de xanthane, obtenue en faisant fermenter du sac-

charose par un procédé connu, en diluant le produit fermenté obtenu à trois fois le volume d'origine par

de l'eau, et en séparant les cellules de micro-

organismes usées du bouillon dilué (par centrifuga-

tion),est déshydratée -par électro-osmose pendant minutes sous un courant constant de 0,2 ampère,

dans la même installation que celle utilisée à l'exem-

pie 1, si ce n'est que les membranes d'échange de cation utilisées comme diaphragmes 7 se trouvant du côté de la cathode dans le compartiment de réception et que le diaphragme 9 se trouvant du côté de

l'anode dans le compartiment de réception 5 sont rem-

placées par des membranes d'échange de cation de l'essai 2, et que la solution aqueuse à 1 % en poids de sulfate de potassium utiliséecomme électrolyte dans

les compartiments d'électrodes et dans le comparti-

ment-tampon est remplacée par une solution aqueuse à

5 % en poids de sulfate de potassium.

On trouve que le liquide-( 67 cm 3) soutiré par

la sortie 12 ne contient pas de gomme de xanthane.

La quantité de 15,6 grammes de pate de gomme de xan-

thane,qui se dépose sur le diaphragme 9 se trouvant du côté de l'anode, a une teneur en matières solides de 5,0 % en poids, ce qui indique que la solution

aqueuse a été suffisamment déshydratée et concentrée.

La tension moyenne appliquée entre le compar-

timent de réception pendant le passage du courant élec-

trique dans l'installation est de 6 V Les résultats montrent que le bouillon de fermentation peut être

déshydraté et concentré d'une manière efficace en con-

sommant peu d'énergie électrique.

Exemple 7

On déshydrate une solution aqueuse de gomme

de xanthane par électro-osmose en suivant le protoco-

le opératoire de l'exemple 5 'dans l'installation de l'exemple 6, si ce n'-est que la membrane d'échange de cation de l'essai 2 utilisée comme diaphragme 7

se trouvant du côté de la cathode dans le comparti-

ment de réception 5 et que le diaphragme 9 se trouvant du côté de l'anode dans le compartiment de réception sont remplacées par des pellicules insolubles dans l'eau d'alcool polyvinylique (ayant une épaisseur de 120 microns, une résistance électrique de 106 ohm-cm 2

et un coefficient électro-osmotique de 90 cm 3/F) obte-

nues en saponifiant des pellicules de poly(acétate de vinyle), avec traitement thermique subséquent et que la valeur du courant électrique est portée à 0,5 A.

Le liquide ( 85 cm 3), soutiré par la sortie 12, ne con-

tient pas de gomme de xanthane et la quantité 11,0 g

de pâte de gomme de xanthane déposée sur le diaphrag-

me 9 se trouvant du côté de l'anode a une teneur en matières solides de 8, 2 % en poids, ce qui indique

que la solution aqueuse-a été déshydratée et concen-

trée suffisamment.

La tension moyenne appliquée entre les compar-

timents de réception pendant la déshydratation est de 12 V,ce qui indique que,même dans le système utilisant

des membranes semiperméables neutres, la déshydrata-

tion s'effectue avec une efficacité élevée et en con-

sommant peu d'énergie électrique.

Exemple 8

Une solution aqueuse de gamma-globuline (ayant une teneur en matières slides de 8,9 % en

poids et une conductivité électrique de 1,7 m S), obte-

nue en défibrinant le plasma de sang de porc et en désalinisant et en concentrant le plasma défribiné par ultrafiltration, est déshydratée pendant 120 minutes

sous un courant constant de 0,125 A, dans l'installa-

tion de l'exemple 5, si ce n'est que les électroly-

tes et la solution-tampon sont remplacés par une

solution aqueuse à 5 % en poids de sulfate de sodium.

Le liquide ( 40 cm 3) soutiré par la sortie 12, ne con-

tient pratiquement pas de substances organiques La quantité de 2,3 g de gel déposée sur le diaphragme se trouvant du côté de l'anode a une teneur en matières

solides de 37,8 % en poids, ce qui indique que la so-

lution aqueuse a été concentrée dans une très grande mesure La tension moyenne appliquée entre les compar- timents de réception pendant la déshydratation est

de 8 V, ce qui indique que la déshydratation s'effec-

tue avec une efficacité élevée et en consommant peu

d'énergie électrique.

Exemple 9

On déshydrate et on concentre une solution

aqueuse à 2,18 % en poids d'alginate de sodium en sui-

vant le protocole opératoire de l'exemple 1, si ce n'est que les membranes d'échange de cation utilisées comme diaphragmes 7 se trouvant du coté de la cathode

dans le compartiment de réception 5 et que le dia-

phragme 9 se trouvant du côté de la cathode dans le compartiment de réception 5 sont remplacées par des

membranes d'échange de cation de l'essai 3.

Le liquide ( 12 cm 3) soutiré par la sortie 12 ne contient pas d'alginate de sodium, et la quantité de 6,6 g de pâte d'alginate de sodium déposée sur le diaphragme 9 se trouvant du côté de l'anode a une

teneur en matières solides de 5,9 % en poids La ten-

sion moyenne appliquée entre les compartiments de

réception pendant la déshydratation est de 4 V On dé-

duit de ces résultats que l'on peut déshydrater et concentrer d'une manière très efficace la solution

aqueuse d'alginate de sodium.

Exemple 10

Dans une installation telle qu'illustrée à la

figure 2, on utilise des membranes d'échange de ca-

tion de l'essai 3 comme diaphragme 7 se trouvant du côté de la cathode et, comme diaphragme 9 se trouvant

du côté de l'anode, et on adopte une membrane micro-

2.538551

poreuse de type polyéthylène utilisée à l'exemple 1,

comme membrane microporeuse 8 On emplit le comparti-

ment cathodique 1 et le compartiment anodique 2 d'une solution aqueuse à 5 % en poids de sulfate de sodium et on emplit le compartiment de réception-5 ayant un espace de 1,1 cm d'épaisseur en continu d'une

solution aqueuse de pectine, pour effectuer la déshy-

dratation sous tension constante Les résultats obte-

nus sont consignés au tableau 2 On déduit de ce tableau que l'on peut déshydrater, d'une manière très efficace, la solution aqueuse, même sous tension constante.

TABLEAU 2

Conditions Liquide soutire Gel produit de déshydratation par la sortie Exemple Substance contenant Champ Teneur en Teneur en No de l'eau Durée Quantité matières Quantité matières électrique(mn) moyen (cm 3) solides (cm 3) solides (V/cm) (A) (% en poids) (% en poids) Solution aqueuse è 2 % en Il 60 0,1 50 0,5 3,9 17,4 poids de pectine *Champ électrique appliqué entre les compartiments

de réception.

O' o Mi Co Ln LA' -A

Exemple 1 i 1

On lave 6,67 kg d'algues Chondrus Crispus à l'eau, pour en enlever les impuretés, telles que les grains de sable qui y adhèrent On fait-subir aux algues lavées une extraction par de l'eau chaude à

900 C On filtre l'extrait obtenu pour obtenir 153 li-

tres d'extrait ayant de la lambda-carraghénine comme

constituant principal.

On dilue cet extrait par une solution aqueuse

de Na OH pour obtenir une solution ayant une concentra-

tion de Na OH de 0,05 N ( 170 litres) et on le dénature par de l'alcali à 900 C. On neutralise la solution obtenue par addition

d'une solution aqueuse de H Cl 1 N, puis on la désalini-

se et on la concentre par ultrafiltration dans un module d'ultrafiltration du type à fibres creuses à pression interne, dans les conditions indiquées au

tableau 3.

On effectue la désalinisation et l'hydratation et la concentration en faisant circuler la solution

dans le dispositif d'ultrafiltration, la concentra-

tion et la dilution s'effectuant en alternance sur la

solution qui circule dans le dispositif.

On refroidit la solution à température ambian-

te, on la charge en continu dans le compartiment de

réception d'une installation semblable à l'installa-

tion de la figure 3, et on la soumet à une déshydrata-

tion continue dans les conditions indiquées au ta-

bleau 4.

Les résultats indiqués au tableau 5 montrent que la vitesse de déshydratation et l'efficacité de

la déshydratation sont excellentes.

TABLEAU 3

Module d'ultrafiltration Matière de membrane Dimensions de la fibre

creuse (diamètre exté-

rieur/diamètre inté-

rieur) Nombre de fibres creuses Diamètre du module x longueur Surface de membrane disponible Masse moléculaire séparée Fibres creuses de résine de polysulfone 1,4 mm/0,8 mm 2.400 114 mm x 1126 mm ,7 m

Pression de fonctionne-

ment Pression à l'entrée 1,75 % 2,15 kg/cm 2 Pression à la sortie 0,2 % O kg/cm 2 Vitesse de cisaillement 500 3250 S 1

Quantité de filtrat 4,8 " 2,2 1/mn.

Solution après ultra-

filtration Concentration de 1,53 % en poids carraghénine Concentration de 0,14 en poids sl 70,14 % en poids sel p H 7,2 I

TABLEAU 4

Diaphragme 6 du comparti-

ment cathodique 1

Diaphragme 10 du compar-

timent anodique 2 Diaphragme 7 se trouvant du côté de la cathode

du compartiment de ré-

ception Diaphragme 9 se trouvant du côté de l'anode du

compartiment de récep-

tion Membrane microporeuse 8

Electrolyte dans le com-

partiment cathodique 1

Electrolyte dans le com-

partiment anodique 2

Electrolyte dans les com-

partiments-tampons 3,4 Membrane d'échande de cation de l'essai 3 i' il

^ 1 '

Membrane microporeuse

de l'exemple 1

Solution aqueuse à 2,5 en poids de Na 25 04 Il Surface de la membrane 0,1 m 2 par compartiment Nombre de compartiments de réception 5 Epaisseur du compartiment 18 de réception Densité de courant 0,5 A/dm Durée de la déshydra 60 minutes tationutes

On fait circuler et on neutralise les électro-

lytes du compartiment cathodique 1 et du compartiment anodique 2 On remonte continuellement les électrolytes des compartiments-tampons 3 et 4 par introduction

d'un appoint frais pendant la déshydratation.

Exemple 12

On charge en continu, à 40 C dans l'installa-

tion de l'exemple 11, une solution aqueuse de 1,06 % en poids de carraghénine iota (concentration en sels étrangers de 0,19 % en poids), et on la déshydrate en suivant le protocole opératoire de l'exemple 11, si ce n'est que la solution aqueuse à 2,5 % en poids de Na 2 SO 4 est remplacée par une solution aqueuse à 1 % en poids de Ca C 12, que les membranes d'échange de cation utilisées comme diaphragme 7 se trouvant

du côté de la cathode et comme diaphragme 9 se trou-

vant du côté de l'anode sont remplacées par des

feuilles de la pellicule d'alcool polyvinylique uti-

lisée à l'exemple 7 et que la durée de déshydratation devient égale à 45 minutes La solution prend l'état d'une pâte, parce que l'intérieur du compartiment de

réception est à la température ambiante Les résul-

tats de la déshydratation par électro-osmose sont tels qu'indiqués au tableau 5 On déduit de ce tableau

que, tant la vitesse de déshydratation que l'effica-

cité de déshydratation, sont à des niveaux satisfai-

sants.

TABLEAU 5 Eau soutirée Pate produite par la sortie P pd ______ ________ Tension

moyenne Exemple Teneur en Teneur en appliquée matières mtèe No.1 Quantité Qumatitèresa entre les 3 sol idesQunîe solides (cm 3) solides (cm 3) solides électrodes (% en Ce poids poids) il 1070 '0 2820 12 49

12 910 " O 3270 5 87

Exemple 13

Dans une installation semblable à celle de l'exemple l (si ce n'est que la membrane microporeuse

de type polyéthylène utilisée comme membrane micro-

poreuse 8 est remplacée par la membrane microporeuse

de l'essai 4), on met dans le compartiment de récep-

tion 5, 27,1 g d'un gel à 4,97 % en poids de carra-

ghénine iota et on le déshydrate par électro-osmose pendant 30 minutes sous un courant constant de 0,1 A. On soutire 16,5 cm 3 d'eau par la sortie 12 et de la carraghénine iota se dépose sous la forme d'un gel à l'intérieur du compartiment de réception Le gel a une teneur en matières solides de 7,4 % en poids Pratiquement toute l'eau provenant de la

déshydratation est séparée par la sortie 12.

La tension moyenne appliquée entre les cor-

partiments de réception n'est que de 7 V, ce qui in-

dique que le gel peut être déshydraté et concentré

d'une manière efficace avec une consommation d'éner-

gie électrique très petite.

Exemple 14

Dans une installation telle que représentée à la figure 4, on utilise des membranes d'échange de cation de l'essai 3, comme diaphragmes 6, 10; des membranes d'échange de cation de l'essai 5 comme diaphragmes 7, 9; et une membrane microporeuse hydrophile de l'essai 4 comme membrane microporeuse 8 Le compartiment cathodique 1, le compartiment anodique 2 et les compartiments-tampons 3, 4 et 14 sont emplis d'une solution aqueuse à 5 % en poids de Na Cl et le compartiment de réception 5 (ayant une surface de membrane disponible de 25 cm 2 et une épaisseur de compartiment de l cm) est chargé en continu d'une solution aqueuse à 2,2 % en poids d'alginate de sodium On effectue la déshydratation

par électro-osmose pendant 60 minutes, sous une den-

sité de courant de 0,5 A/dm 2 La tension moyenne appliquée entre le diaphragme 7 adjacent au côté de la cathode et le diaphragme 9 est de 4 V, la quantité d'eau séparée est de 24 cm 3 et la quantité de pâte produite est de 16,3 g Cette pâte a une teneur en matières solides de 7,6 % en poids, ce qui indique

que la pâte a eté déshydratée d'une manière efficace.

L'eau séparée de la solution aqueuse et la pâte pro-

duite conservent toutes deux des valeurs de p H neutres.

Exemple 15

On reprend le protocole opératoire de l'exem-

ple 14, si ce n'est que l'on utilise les membranes d'échange de cation de l'essai 6 comme diaphragmes 7, 9, une membrane microporeuse de type polyéthylène utilisée à l'exemple 1 comme membrane microporeuse 8, une solution aqueuse de 1 % en poids de Na Cl comme

électrolyte et comme solution-tampon, et une solu-

tion aqueuse à 1,77 % en poids de lambda-carraghénine (ayant une teneur en sels étrangers de O % environ en poids) comme substance contenant l'eau destinée à

être déshydratée.

La tension moyenne appliquée entre les diaphrag-

mes 7 se trouvant du côté de la cathode et le diaphrag-

me 9 est de 14 V, la quantité d'eau séparée est de

16,8 cm 3, et la quantité de pâte produite de 24,2 g.

Cette pâte a une teneur en matières solides de 5,3 % en poids, ce qui indique que la solution aqueuse a été déshydratée d'une manière efficace L'eau séparée et la pâte produite conservent toutes deux des valeurs

de p H neutres.

-Exemple 16

* Dans une installation telle qu'illustrée à la figure 2, on utilise des membranes d'échange de cation (ayant une surface de membrane disponible de cm 2) de l'essai 7 comme diaphragmes 7, 9, et une membrane microporeuse telle qu'utilisée à l'exemple 1, comme membrane microporeuse 8 Les diaphragmes se trouvant du côté des électrodes sont séparés l'un de l'autre de 13 mm, et l'électrolyte des compartiments o se trouvent les électrodes est une solution

aqueuse à 5 % en poids de sulfate de sodium La subs-

tance contenant de l'eau à déshydrater qui est utili-

sée est une suspension de cellulose cristalline ayant une teneur en matières solides de 10 % en poids, préparée en hydrolysant la partie non cristalline de la pâte par de l'acide chlorhydrique faible, en lavant le produit hydrolysé obtenu, et en soumettant

le produit hydrolysé lavé à un broyage jusqu'à obten-

tion d'un diamètre moyen de particules de 2 microns.

On applique un champ électrique 45 V/cm à l'installa-

tion pendant 30 minutes Le courant moyen est de m A Il sort environ 24 cm 3 de liquide (ayant une teneur en matières hydrosolubles de-O Brix telle que déterminée au réfractomètre Brix), par la

sortie inférieure 12.

Après la déshydratation, la substance conte-

nant de l'eau prend la forme d'un gâteau La teneur

en matières solides est de 39 % en poids, ce qui mon-

tre que le résultat souhaité a été atteint.

Exemple 17

Dans la même installation que celle utilisée à l'exemple 16, les diaphragmes se trouvant du côté des électrodes sont séparés d'une distance de 15 mm, l'électrolyte des compartiments o se trouvent les électrodes est une solution aqueuse à 5 % en poids de sulfate de sodium et la substance contenant de l'eau à déshydrater est une solution aqueuse à 2 % en poids d'alginate de sodium (ayant une teneur en matières solides hydrosolubles de 2,0 Brix, telle que mesurée au réfractomètre pour le sucre et ayant une viscosité de 2800 cps) On applique un champ électrique à courant continu, de 7 V/cm pendant 2 heures Au fur et à mesure que l'alimentation en la substance contenant de l'eau diminue dans la cellule, on ajoute un appoint frais de la solution aqueuse d'alginate de sodium La valeur du courant électrique est sensiblement constante à 0,25 A Le liquide ( 27 cm) qui traverse la membrane microporeuse et qui tombe de la cellule a une teneur en matières solides hydrosolubles de O Brix, ce qui indique qu'aucune partie

d'alginate de sodium n'a traversé la membrane micro-

poreuse 14,1 g de gel se déposent sur la membrane se trouvant du côté de l'anode Ce gel a une teneur en

matières solides de 16 %, ce qui indique que la solu-

tion aqueuse a été bien déshydratée.

Exemple 18

On reprend le protocole opératoire de l'exem-

ple 17, si ce n'est qu'on utilise comme substance contenant de l'eau une substance contenant 2 % en poids de gomme adragante (ayant une viscosité de

27000 cps et une teneur en matières solides hydro-

solubles de 1,7 Brix) et que l'on applique un champ électrique de 19 V/cm pendant 3 heures 12 cm 3 d'un

liquide ayant une teneur en matières solides hydro-

solubles de 0,2 Brix sortent par la sortie 12.

L'intensité moyenne du courant est seulement de 5 m A

et la quantité d'eau enlevée par Kw H est de 18 kg.

Ce sont des résultats remarquables.

Exemple 19

On applique pendant 5 heures un champ élec-

trique de 10 V/cm à de la pâte d'extrait non décom-

posée de gélatine (ayant une teneur en matières soli-

des de 10 % en poids et une viscosité de 15000 cps),

en suivant le protocole opératoire de l'exemple 17.

L'intensité moyenne du courant est de 30 m A Pendant

la déshydratation, on élimine 7 cm 3 au total de liqui-

de ayant une teneur en matières solides hydrosolubles de 6 Brix Cette quantité correspond au tiers environ de l'eau présente dans la pâte Il s'ensuit que la substance contenant de l'eau devient une pâte ayant

une teneur en matières solides de 60 % en poids.

Exemples 20 à 23 Une solution aqueuse de 2 % en poids environ d'alginate de sodium layant une concentration en sel d'environ 100 % (basée sur l'alginate de sodium)l,

obtenue en dissolvant et en faisant subir une extrac-

tion à des algues brunes (de la classe des Phaeophy-

ceae) par une solution aqueuse d'alcali et en filtrant

l'extrait obtenu, est opposée à de l'eau pure à tra-

vers une membrane de cellophane (ayant une épaisseur

de 20 microns) et est soumise à une dialyse par dif-

fusion à 600 C pour effectuer une désalinisation à di-

vers degrés correspondant à des concentrations de sels de 10 %,de 20 %, de 30 % et de 50 % environ

(basées sur l'alginate de sodium).

On soumet chacune des solutions (G) désalini-

sées suivant des degrés différents à une déshydrata-

tion et à une concentration par application d'un champ électrique en courant continu de 7 V/cm, dans une installation telle qu'illustrée à la figure 2, en utilisant comme diaphragmes du côté des électrodes 7, 9, des membranes d'échange de cation (ayant une surface disponible de membrane de 25 cm 2) de l'essai

8, comme membrane microporeuse 8, une membrane micro-

poreuse de type polyéthylène utilisée à l'exemple 1 et comme électrolyte dans les compartiments o se trouvent les électrodes, une solution aqueuse à 5 % en poids de sulfate de sodium, les diaphragmes pour les électrodes étant séparés l'un de l'autre d'une

distance de 15 mm.

Au fur et à mesure que la charge de la subs-

tance contenant de l'eau diminue dans le compartiment de réception, on ajoute un appoint frais de substance

contenant de l'eau.

Les résultats obtenus sont indiqués au tableau

6 On déduit de ce tableau que la vitesse de déshydra-

tation et que l'efficacité de déshydratation augmen-

tent en proportion du degré de désalinisation Le

liquide obtenu de la déshydratation ne contient pra-

tiquement pas d'alginate de sodium.

TABLEAU 6

Efficacité de la déshydratation (kg/KWH) = Teneur en matières Quantité de el(g solides du gel (%) Quantit de gelg) Teneur en matières solides de la solution' (G) (%) Temps(minute)' Tension (V) x intensité moyenne du courant (A) Gel produit Concentration Exemplede sel (basée Quantité Concentration Efficacité de la No de sl ai e enlevée Quantité de l'alginate déshydratation No.srl'lint enlevée Quantité esdum<gkh de sodium) de sodium (kg/k Wh) (% en poids) dans le gel (% en poids)

10 25,6 7,7 7,0 13,0

21 20 24,5 8,7 6,5 9,9

22 30 22,8 8,3 6,2 8,7

23 50 17,3 4,4 6,3 6,4

-J 1-4 r 4)3 LY L Ji

Exemple 24

En utilisant la même installation qu'à l'exem-

ple 1, si ce n'est que la solution-tampon et l'élec-

trolyte sont la solution aqueuse à 5 % en poids de sulfate de sodium, on effectue la déshydratation par électro-osmose d'une pâte d'hydroxyde de magnésium à

56 % en poids, sous une densité de courant de 1 ampè-

re/dm 2 pendant 70 minutes La quantité d'eau soutirée par la sortie est aussi petite que 4 cm 3, ce qui prouve que la déshydratation peut être effectuée sur

une pâte minérale contenant de l'eau.

Exemple 25

On déshydrate par électro-osmose une solution

aqueuse de lambda-carraghénine en suivant le protoco-

le opératoire de l'exemple 15 dans l'installation telle qu'illustrée à la figure 1, si ce n'est que

l'on utilise comme diaphragme 7 une membrane d'échan-

ge d'anion de 140 microns d'épaisseur (fournie par la Société Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha sous le nom d'Aciplex A-171; ayant une résistance électrique de 7,5 ohm-cm 2, et un coefficient électro-osmotique

de 273 cm 3/F), et comme électrolyte et comme solu-

tion-tampon, une solution aqueuse de Na 2 SO 4 0,5 N.

La tension moyenne appliquée entre les dia-

fragmes 7 et 9 est de 7 V, la quantité d'eau séparée est de 6,9 cm 3, et la quantité de pâte produite est de 5,1 grammes Cette pâte a une teneur en matières

solides de 9,5 % en poids, ce qui indique que la solu-

tion aqueuse a été déshydratée d'une manière efficace.

Exemple 26

On déshydrate, par électro-osmose, une solu-

tion aqueuse de lambda-carraghénine en suivant le protocole opératoire de l'exemple 25, si ce n'est

que l'on remplace la membrane d'échange d'anion ser-

vant de diaphragme 7 par une plaque céramique non

vitrifiée disponible dans le commerce de 1 cm d'épais-

seur (ayant une densité de 1,98 et une résistance élec-

trique de 263 ohm-cm 2 >.

La tension moyenne entre les diaphragmes 7 et 9 est de 153 V, la quantité d'eau séparée est de 43,7 cm 3, et la quantité de pâte produite est de 11, 5 g Cette pâte a une teneur en matières solides de 7,7 % en poids, ce qui indique que la vitesse de

déshydratation est excellente, bien que la consomma-

tion d'énergie électrique soit relativement élevée.

Exemple 27

On déshydrate, par électro-osmose, une solution aqueuse de lambdacarraghénine en suivant le protocole opératoire de l'exemple 15, si ce n'est que la membrane d'échange d'anion de l'essai 5 (nombre de transfert de 0,90) est utilisée comme diaphragme 7,que la membrane d'échange de cations de l'essai 3 (nombre de transfert de 0,98) est utilisée comme diaphragme 3, qu'on utilise une solution aqueuse de Na Cl à 0,6 % en poids comme solution tampon et que la durée de la déshydratation

est de 4 heures et demie.

Le débit moyen de l'eau séparée par la sortie du compartiment de réception est de 15,9 1/m h, la quantité d'eau séparée par KWH est de 76 kg et le p H est de 8,4,

ce qui représente des résultats tout à fait satisfaisants.

Débit moyen = quantité d'eau séparée (kg) surface efficace de la membrane poreuse (m) durée de déshydratation (h) On emplit chaque compartiment de réception du gel produit de lambda-carraghénine avant une teneur en matières solides de 15,1 % en poids et le p H du gel est de 6,8, ce

qui indique des résultats tout à fait satisfaisants.

Claims (1)

REVENDICATIONS 1 Procédé de déshydratation d'une substance contenant de l'eau dans un compartiment de réception ménagé dans un espace compris entre une anode et une cathode, au moyen de la force électro-osmotique d'une membrane microporeuse, caractérisé en ce qu'il consis- te à prévoir des membranes semiperméables comme dia- phragmesdu compartiment de réception, à prévoir la membrane microporeuse du côté se trouvant vers l'anode de ces dia- phragmes disposés du côté de la cathode, à faire pas- ser du courant électrique entre les électrodes, et à soutirer l'eau résultant de la déshydratation par un espace intermédiaire compris entre la membrane microporeuse et le diaphragme disposé du côté de la cathode. 2 Installation de déshydratation d'une subs- tance contenant de l'eau par électro-osmose, caracté- risée en ce qu'elle comprend une cathode et une anode, un compartiment de réception ménagé dans l'espace in- termédiaire compris entre les deux électrodes, des membranes semiperméables disposées en diaphragmes pour former le compartiment de réception, une membrane microporeuse disposée du côté se trouvant vers l'anode de ces dia Dhracr- mes placés du côté de la cathode, la membrane micro- poreuse et le diaphragme semiperméable disposé du côté de la cathode étant disposés de manière à ce que les plus grandes parties de leurs surfaces opposées soient proches l'une de l'autre et se fassent face, et que les plus petites parties restantes dences surfa- ces opposées soient séparées d'une distance suffi- samment grande pour ménager un espace de souti- rage d'eau. 3 Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les compartiments-tampons d'admission d'une solution-tampon sont disposés entre les électrodes et le compartiment de réception. 4 Installation suivant la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que plusieurs compartiments de réception sont disposés dans l'espace intermédiai- re compris entre la cathode et l'anode. 5 Installation sui Vant la revendication 4, caractérisée en ce que des compartiments-tampons son t disposés entre des couples adjacents de compartiments de réception. 6 Procédé ou installation suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les membranes semiperméables ont un coefficient électro- osmotique plus petit que la membrane microporeuse. 7 Procédé ou installation suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane microporeuse est une membrane microporeuse hydrophile de masse moléculaire élevée. 8 Procédé ou installation suivant l'une des revendications 1 a 6, caractérisé en ce que la membrane microporeuse est une membrane, microporeuse de type polyéthylène. 9 Procédé ou installation suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane microporeuse a une porosité comprise entre et 90 %, et un diamètre moyen de pores compris o entre 10 A et 10 microns.

1 O.Procédé ou installation suivant l'une des

revendications précédentes, caractérisé en ce que les

membranes semipermdables sont des membranes d'échange

de cations.

l Procédé de déshydratation d'une substance contenant de l'eau dans un compartiment de réception ménagé dans un espace compris entre une anode et une cathode, au moyen de la force électro-osmotique d'une membrane microporeuse, qui consiste à faire passer un courant électrique entre les électrodes et à soutirer l'eau résultant de la déshydratation par

un espace intermédiaire compris entre un diaphrag-

me disposé du côté de la cathode et la membrane micro-

poreuse, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des membranes semiperméables comme diaphragmes pour former le compartiment de réception, ces diaphragmes comprenant un diaphragme se trouvant du côté de la

cathode et la membrane microporeuse est disposée du.

côté se trouvant vers l'anode.