Stabilisation of the water permeability of mineral ultrafiltration membranes: An empirical modelling of surface and pore hydration

This work focuses on the study of the hydration phenomenon operating in Na–mordenite membranes during the conditioning step (stabilisation of filtration properties). First, experimental (filtration of pure water) tests are carried out immediately after putting the membrane in its casing and until the stabilization of the membrane permeation flux. The evolution of the hydraulic permeability shows that there are two separate steps during the conditioning of the membrane. A numerical approximation of the hydraulic permeability during the conditioning step was carried out. The first part of the equation expresses a fast decrease in the membrane's permeability during the beginning of the conditioning step (several hours). This behaviour is attributed to a surface hydration of the membrane and also to a modification of the crystalline framework. The second one is a slower phenomenon that takes place until the end of the conditioning step. It is attributed to the (intra-crystalline) hydration of micropores.

RésuméCe travail porte sur l’étude de la phase de conditionnement de membranes céramiques (mordénite sodique ou TiO2) et plus particulièrement sur le phénomène d’hydratation de la couche filtrante lors de sa mise en eau (stabilisation des propriétés de filtration). Le conditionnement des membranes est caractérisé par le suivi de leur perméabilité hydraulique lors de flux à l’eau, réalisés dès leur introduction dans le pilote d’UF/NF. L’évolution de la perméabilité hydraulique des membranes étudiées comporte deux phases bien distinctes : la première consiste en une baisse rapide de la perméabilité hydraulique et est attribuée à l’hydratation de la surface intercristalline de la couche active de la membrane, la seconde, bien plus lente, est attribuée à la phase d’hydratation de la surface intra-cristalline de la couche filtrante. Une approche numérique a permis de mettre en évidence qu’il existe une corrélation entre la phase d’hydratation intra-cristalline et le volume microporeux de la couche active des membranes étudiées.