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L’électrodialyse

Une introduction

 

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L’électrodialyse

 

L’électrodialyse est utilisée pour transporter le sel d’une solution (le diluât) vers une autre ( le concentrât), par l’application d’un courant électrique au système. This is done in an electrodialysis cell providing all necessary elements for this process. The following picture shows the process flow scheme. The conentrate and diluate are separated by the membrane to two different process streams. However, they are contacted by the membranes to let an electric current through the cell. This current moves the salt.

ED process flow: Concentrate 
(right) and Diluate (left) 
is flowing through the 
electrodialysis cell

W>A l’intérieur d’une unité à électrodialyse, les solutions sont séparées par un arrangement alternatif de membranes échangeuses d’anions (perméables aux seuls anions), d’une part, et de membranes échangeuses de cations (perméables aux cations uniquement), d’autre part appelé pile. De cette manière, deux compartiments bien distincts sont formés et dont l’agencement des membranes et conditionné par le type de membrane en face de la direction de la cathode Par l’application d’un courant électrique, les cations dans le diluât (en bleu sur le schéma) se dirigent vers la cathode traversants la membrane échangeuse de cations, et les anions attirés vers l’anode traversent la membrane échangeuse d’anions. Le transport de ces ions, se trouvant à présent dans le concentrât, est stoppé par les membranes sélectives.


 

Assemblage de la cellule et empilement des membranes

 

La photo ci-contre représente une cellule à électrodialyse :

Laboratory ED-Cell Cette cellule est constituée de deux blocs àélectrodes (en PP gris), séparés par une pile de membranes. Chaque bloc contient les embouts d’entrée et de sortie des circuits, ainsi qu’une électrode avec sa connexion. Ilssont pressés ensemble par les cadres en métal(bleu) reliés par des visses.


 

La manière générale d’assemblage d’une cellule à électrodialyse est décrite comme suit :

Les membranes sont séparées par des spacers, constitués par un cadre étanche (joint) et d’une toile, dans la zone active emplie d’électrolytes. Cette toile empêche le contact entre deux membranes. L’empilement spécifique des spacers forme deux canaux distincts permettant l’écoulement du diluât et du concentrât sans qu’ils soient en contact l’un avec l’autre.

1: Bloc en polypropylène

8: Electrode 9 :

2: Electrode

9: Entrée du concentrât

3: Electrode chamber

10: Membrane échangeuse de cations

4: Joint du spacer (PVC)

11: AAM

5: Toile du spacer

12: Entrée du diluât

6: Visses

13: Entrée du concentrât

7: Cadre en acier

 

 

Application de l’électrodialyse.

 

L’électrodialyse permet de transporter des composés ioniques d’une solution à une autre. Ceci permet une application directe pour le transfert de sels et d’acides d’une solution à une autre. Un exemple type est la désalinisation de l’eau de mer.

Non seulement des solutions salines peuvent être désalées ou concentrées mais aussi des acides. Un exemple important pour ce champ d’application est donné dans la récupération de l’acide dans les solutions de mordançage ainsi que le recyclage des eaux de rinçage des bains chauds de galvanisation.

Le fonctionnement de l’électrodialyse.

Comme démontré précédemment, le processus se déroule à l’intérieur de la cellule (dans la pile de membranes). Les solutions traversants la cellule sont recueillies dans des récipients de stockage. Chaque circuit nécessite une pompe, un récipient de stockage et des tuyaux adéquats. En ne passant la cellule qu’une seule fois, la solution n’est habituellement pas totalement traitée, (désalée d’une valeur initiale à une valeur finale).Plusieurs passages peuvent s’avérer nécessaires pour obtenir la valeur désirée.

Schéma

Le cas le plus simple : un processus de désalinisation en circuit fermé est conduit à terme en faisant circuler une solution à travers la cellule jusqu’à ce que la conductivité désirée de la solution, contenue dans un récipient de stockage, soit obtenue. En finalité on observe une élévation de la consommation électrique car le voltage passant la cellule augmente durant le processus.

Electrodialysis process flow:
In the batch mode, a solution 
is worked from 'down' from the 
initial composition to the 
target composition.

Il est également possible d’utiliser la cellule dans un processus de désalinisation en flux continu. Le schéma des deux types de procédés et représenté ci-dessous. Pour décider lequel des deux procédés convient le mieux à vos besoins, il faut prendre en compte la façon d’assemblage des membranes. Dans le cas du procédé en continu, le module doit traiter la solution en un seul passage. Il faudra tenir compte d’exécuter le processus dans un temps défini et veiller à la vitesse du flux de la solution qui seront déterminant quant à la qualité du résultat escompté.

ESchéma
de processus en continuSchéma
de processus feed and bleed

Conditions de fonctionnement du processus d’électrodialyse.

Durant une électrodialyse, les ions se trouvant dans la solution de la pile se déplacent à la surface des membranes. La nature de ces mouvements dépend largement d’autres critères tels l’agencement de la pile, la vitesse de flux de la solution à traiter, le courant électrique et la température. Un effet important est la polarisation des ions à la surface de la membrane : dans la solution tous les ions se meuvent selon leur concentration et leur mobilité. A la surface de la membrane ces deux paramètres varient de manière drastique. Cela signifie que d´un côté de la membrane(dans le cas d´une membrane échangeuse d´anions) se créé un appauvrissement de la concentration d´anions ce qui provoque une élévation de la tension. Celle-ci engendre une hydrolyse susceptible d´endommager la membrane(brûlure), du fait du passage des ions hydroxydes néoformés.

 

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