Signalons à titre de rappel que l’adsorbant fixe les molécules en surface de sa structure tandis que l’absorbant les capte à l’intérieur de celle-ci ; il faut cependant noter que les absorbants opèrent souvent en adsorption.
Les adsorbants sont très largement utilisés pour éliminer des agents contaminants, souvent présents à l’état de traces en milieux liquides ou gazeux. Nous citerons, comme applications majeures, l’élimination des colorants, en particulier dans les sucres et édulcorants, et d’autres grosses molécules organiques polluant les rejets gazeux ou aqueux des usines.
Les matériaux naturels tels que les charbons actifs ou les argiles sont très couramment utilisés dans ces opérations. Toutefois, ils sont maintenant concurrencés par des résines synthétiques, à grande efficacité et mise en œuvre plus aisée et moins onéreuse.
La capacité d’adsorption est déterminée par la surface spécifique du matériau. Elle est très importante pour le charbon actif : de l’ordre de 1500 m²/g. Or, jusqu’à une période toute récente, les industriels ne parvenaient pas à synthétiser des polymères adsorbants présentant de telles surfaces spécifiques, ce qui réduisait considérablement leur champ d’utilisation.
Grâce à notre procédé exclusif, nous sommes désormais capables de produire des résines adsorbantes à porosité contrôlée, pouvant rivaliser avec le charbon actif et le remplacer avantageusement (figures 1 et 2) : ce sont les Hypersol-Macronet, dotés de surfaces spécifiques très importantes. À titre indicatif, celle développée par une cuillerée de produit peut égaler l’aire de deux courts de tennis.
Les Hypersol-Macronet
Leur origine – leur développement
Le développement des Hypersol-Macronet, de leur genèse à leur commercialisation, reflète une longue histoire.
Leur origine remonte à 1969, lorsque deux scientifiques russes, les professeurs Davankov et Tsyurupa, décrirent, dans divers brevets et publications, les structures polymérisées hypercroisées qu’ils avaient mises au point.
[Photo : Structure de la Macronet MN 100 au microscope électronique.]
[Photo : Fig. 1 : Adsorption d'un colorant (BBR = Brilliant Blue R), courbes de fuite. Comparaison entre divers adsorbants. Concentration initiale = 0,1 g/l. Débit = 6 v/v/h.]
[Photo : Fig. 2 : Adsorption d'essence en émulsion dans une solution aqueuse. Comparaison entre divers adsorbants. Concentration initiale = 1800 mg/l. Débit = 8 v/v/h.]
Tableau I — Caractéristiques des résines Macronet.
| Caractéristiques |
MN-100 |
MN-300 |
MN-400 |
MN-500 |
MN-600 |
MN-150 |
MN-170 |
| Type de porosité |
Groupe I |
|
|
Groupe II |
|
Groupe III |
| Surface spécifique (m²/g BET) |
900-1100 |
900-1200 |
1000-1500 |
| Diamètre des pores (Å) |
850-950 |
300-400 |
(NIL) |
| Volume poreux (ml/g) |
1-1,1 |
0,6-0,8 |
0,2-0,4 |
| Fonctionnalité |
WBA |
WBA |
SBA |
SAC |
WAC |
WBA |
WBA |
| Capacité poids (eq/kg) |
0,6-0,8 |
1,2-1,4 |
0,6-0,8 |
2,20-2,40 |
0,4-0,8 |
0,4-0,7 |
0,7-1,0 |
| Capacité volume (eq/l) |
0,1-0,2 |
0,2-0,4 |
0,2-0,4 |
0,8-1,0 |
0,1-0,2 |
0,1-0,3 |
0,3-0,5 |
| Humidité % |
57-62 |
57-62 |
57-62 |
52-57 |
57-62 |
51-56 |
30-50 |
| Capacité base forte % |
10-20 |
5-15 |
100 |
NA |
NA |
10-20 |
10-20 |
| Gonflement % formes ioniques |
<5 |
<5 |
<5 |
<5 |
<5 |
<5 |
<5 |
Le principe de fabrication repose sur l’introduction de microporosité (déterminant la surface spécifique) dans une étape de post-polymérisation du squelette de la résine, ce qui conduit à deux propriétés essentielles :
- une très grande surface spécifique (atteignant 1500 m²/g) ;
- une matrice polymérisée à l’état expansé la rendant beaucoup plus accessible aux liquides et aux gaz venant à son contact.
Nous avons travaillé en étroite collaboration, et sous accord exclusif, avec les inventeurs, pour compléter une gamme optimale de polymères à porosité adéquate (tableau I) et nous avons ainsi mis au point des produits reflétant à l’échelle industrielle la technologie originale de Davankov-Tsyurupa.
À notre connaissance, il s’agit de la première commercialisation de cette technologie.
Leurs applications
Ils présentent deux particularités très avantageuses par rapport aux charbons actifs et aux adsorbants non fonctionnalisés existant sur le marché.
Au lieu d’être homogène, leur structure comporte en effet des macropores permettant un accès facile et rapide, ainsi que des micropores, qui offrent une grande surface spécifique pour l’adsorption. Il en résulte une excellente cinétique de réaction.
De plus, il est possible de greffer des groupements actifs et donc de fonctionnaliser ces produits afin de leur conférer un caractère hydrophile et une meilleure aptitude à la sélectivité. Leur régénération s’effectue alors très aisément par voie chimique classique : à l’acide ou à la soude ; par des solvants organiques, mais aussi à l’eau chaude ou à la vapeur. Elle est également peu onéreuse, car réalisable dans la colonne d’adsorption, à la différence de celle du charbon actif qui nécessite un transfert généralement polluant pour traitement dans des fours à exploitation très coûteuse.
En fait, tout procédé mettant en œuvre le charbon actif constitue une application potentielle pour ces résines, qui sont utilisables dans de très nombreuses industries :
- l’alimentaire : pour la décoloration d’édulcorants, et la purification de sirops de sucre et de jus de fruits ;
- la pharmacie : en extraction d’enzymes, de vitamines, et d’autres molécules organiques ;
- la chimie : pour l’élimination de phénol, d’amines et d’autres dérivés organiques.
Tableau II
Purification d'air contenant diverses vapeurs organiques.MN-200 (humide) ; volume de résine : 20 ml ; débit : 2,5 l/h ; cycle : 20 h ; volume d'air traité : 50 l.
| Mélange de vapeurs |
Avant (ppm) |
Après (ppm) |
| méthylal |
846 |
6 |
| méthanol |
42 |
82 |
| dichloroéthane |
200 |
0,6 |
| Total |
1088 |
88,6 |
Tableau III
Performances de la Purolite Macronet MN-200 en purification des gaz : rejet d'air contenant des amines.MN-200 (humide) ; volume de résine : 20 ml ; débit : 2,5 l/h ; cycle : 2 h ; volume d'air traité : 5 l.
| Mélange d'amines |
Avant (ppm) |
Après (ppm) |
| diméthylamine |
30 |
0 |
| triméthylamine |
33 |
0 |
| diéthylène-triamine |
21 |
0 |
• toute unité d’épuration des rejets aqueux ou gazeux (contenant solvants, pesticides, détergents ioniques ou non ioniques, d’autres molécules organiques…) (tableau II).
Elles sont également utilisées avec succès par Purolite International pour éliminer les hydrocarbures chlorés des effluents, et les traces d’amines des rejets gazeux dans son usine de Pontyclun (Pays de Galles), avec des résultats proches de 100 % (tableau III).
Conclusion
Les Hypersol-Macronet, qui représentent une excellente alternative écologique et économique au charbon actif, devraient concerner un potentiel d’applications d’une grande étendue.
Ces résines revêtent en particulier un intérêt majeur dans toute opération de purification, notamment le traitement des effluents et donc la protection de l’environnement.
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