Membranes céramiques à base d’argiles kaolinitiques, de coques de noix de coco et de coquilles d’oeufs : Elaboration, caractérisation et mise en oeuvre pour la désinfection des eaux destinées à la consommation

Abstract

L’objectif principal de ce travail était d’élaborer les membranes céramiques biosourcées à partir des argiles kaolinitiques, des coques de noix de coco et des coquilles d’œufs, de les caractériser et d’étudier leur capacité à retenir les bactéries présentes dans une eau destinée à la consommation humaine. Pour cela 25 formulations avec différents pourcentages de matières premières ont été élaborées et consolidées par traitement thermique à 800°C, 900°C et 1000°C pour obtenir les membranes céramiques (75 membranes au total). La porosimétrie de mercure a permis de sélectionner cinq membranes potentiellement éligibles à la filtration de l'eau ayant des porosités ≥ 50%. Les résultats de la résistance mécanique et d'absorption d'eau ont permis de choisir la membrane S1510 calciné à 900°C pour la suite des travaux. Elle contient 75% d'argiles, 15% de coques de noix de coco et 10% de coquilles d’œufs. Sa porosité est de 52% avec un diamètre moyen des pores de 0,08 μm et une perméabilité à l'eau de 14 013 L/h/m2/bar. Les tests de rétention bactérienne ont montré 90% d'élimination des bactéries. Dans le souci d’optimiser les performances de rétention bactérienne de cette membrane S1510 (nommée S1 pour la suite), le cycle de cuisson a été modifié. En effet la formulation de la membrane S1 a été calcinée suivant ce cycle de cuisson, ce qui a permis d’obtenir deux membranes avec leur taux de rétention : S2 (80%) et S3 (100%) calcinées respectivement à 900°C et 1000°C. Parallèlement, une couche de zéolite naturelle (clinoptilolite) préparée par la méthode sol-gel a été déposée par dip-coating sur la membrane S1 (considérée comme support) pour donner les membranes clinoptilolite suivantes avec leur taux de rétention: M1- S1 (94%) ; M2-S1 (92%) et sur le support S2 pour donner : M3-S2 (95%) ; M4-S2 (99%) calcinées respectivement à 900°C et 1000°C. L’étude du colmatage a montré que pour les meilleures membranes obtenues en terme de rétention (S3 :100% et M4-S2 :99%), le colmatage observé dans la membrane S3 est réversible et celui de la membrane clinoptilolite M4-S2 est irréversible. Donc le meilleur matériau dans ce travail est la membrane céramique S3 qui retient 100% de bactéries avec un abattement de 3,3 log et une perméabilité de 10 615 L/h/m2/bar. Elle est particulièrement intéressante car son protocole d'élaboration est assez simple, rapide et sans ajout d’additifs chimiques.