La dialyse
est une technique de purification des solutions
Dialyse = membrane dialysante qui
laisse passer l'eau et quelques solutés de petites tailles. La dialyse est une sorte de filtrage,d'une
solution des petits solutés (ions, petites molécules organiques etc.). Le
meilleur exemple de dialysat : l'ultrafiltrat glomérulaire des reins.
principe
Le principe est de séparer deux solutions par
une membrane. Il y a deux types de membranes : la membrane
hémiperméable, c'est-à-dire qui ne laisse passer que le solvant, et
la membrane dialysante qui laisse passer le solvant et les solutés en
dessous d’une certaine taille. Par un certain effet de diffusion, les petites
molécules traverseront la membrane, tandis que les grosses molécules serons
retenues d’un côté. la solution à dialyser est généralement appelée
rétentat, pour bien indiquer qu'il y a des molécules qui ne traversent pas la
membrane et sont retenues. Le côté opposé, classiquement dénommé dialysat,
porte aussi le nom de diffusat.
Aujourd’hui, ce système est automatisé sous la forme d’appareil de dialyse.
La dialyse est basée sur les principes régissant la diffusion à
travers une membrane perméable ou semi-perméable. Tout d'abord, les molécules
diffusibles vont traverser la membrane selon le gradient de concentration. Il y
aura donc un déplacement net des molécules du coté le plus concentré vers le
coté le moins concentré. À l'équilibre, les
concentrations seront égales de part et d'autre.
Le but de la dialyse est de réduire la concentration des petites molécules d'un mélange
à un niveau très faible. Les molécules diffusibles vont traverser la membrane
sans obstacle du rétentat dans le diffusat. A l'équilibre, leurs concentrations
vont être égales de part et d'autre de la membrane. Pour ces molécules, il
s'agit donc en fait d'une "dilution" où on mettrait un petit volume
d'une solution dans un grand volume d'une autre.
L’Osmose
L'osmose c'est un pur passage d'eau
d'une solution diluée à une solution concentrée (jusqu'à équilibration des
osmolarités)
Osmose = membrane semi-perméable qui
ne laisse passer que l'eau .
l'osmose inverse utilise une membrane
semi-perméable afin de séparer les solides dissous, la matière organique, les
virus et bactéries de l'eau.
Le procédé est dit "inverse" car il nécessite
une pression suffisante pour 'forcer' l'eau pure à passer à travers la membrane.
Ce procédé abouti à de très bons résultats, car il peut éliminer de 95 à 99%
des particules solides dissoutes et 99% des micro-
organismes
L'ultrafiltration : est un procédé de séparation physique utilisant
une membrane. Elle s'applique à la séparation de particules de 0,005 à 0,1 μm.
la nanofiltration : La séparation de particules plus petites ne laissant passer que
les solutés de faible masse molaire
l'osmose inverse. La migration des produits d'un coté à l'autre de la
membrane est obtenue par une différence de pression.
Les applications de l'osmose inverse concernent surtout le traitement des
eaux et la concentration des solutions :
-produire de l'eau potable,
-préparation d'eau ultrapure pour l'électronique et la pharmacie,
-concentration de jus de fruits, antibiotiques, acides aminés.
Située entre l'osmose inverse et l'ultrafiltration, la nanofiltration
concerne
-l'adoucissement des eaux de surface ou souterraines,
-la déminéralisation du lactosérum et la préparation des acides aminés et
peptides,
-dans l'industrie du papier, du bois, de la teinture.
L'ultrafiltration permet de concentrer les solutions macromoléculaires en
ne laissant passer que le solvant et les solutés de faible masse molaire
désinfection des eaux potables
-concentration des protéines de lactosérum
-séparation d'émulsions huile-eau
-traitement des bains de peinture
La principale utilisation de la microfiltration est la clarification des
eaux, des liquides alimentaires et biologiques
L’extraction
L’extraction est une technique de séparation, on utilise cette technique pour séparer sélectivement un
ou plusieurs composés d’un mélange sur la base de
ces propriétés chimiques et/ou physiques. Le moyen d’extraction doit être
non ou peu miscible avec les composants principaux du mélange alors que le
composé à extraire doit posséder plus d’affinité avec le moyen d’extraction
qu’avec les composants principaux du mélange. Suivant la manière et le moyen
utilisé, on a plusieurs techniques.
I.1. Extraction liquide-liquide :
Elle est basée sur la solubilité différentielle d’une
même substance dans deux solvants non miscible. Dans le cas ou l’un des
solvants est constitué par l’eau, le deuxième doit être un liquide de faible
constante diélectrique.
Soit «A» une substance soluble à la fois dans
l’eau et un autre solvant, à l’équilibre hétérogène de partage de A entre les
phases liquides.
Aeau _____ Asolvant )
On définit la constante d’équilibre D,
coefficient de partage de la substance A entre le solvant et la phase aqueuse .
D =
[A]eau/[A]solvant)
L’extraction liquide-liquide est une méthode
de choix pour la séparation de liquide lorsque la distillation ou la
cristallisation ne sont pas possible ou trop difficiles.
Deux
opérations distinctes doivent être effectuées pour réaliser une extraction
liquide-liquide
· l’ agitation
de mélange des deux phases .
· La séparation des deux phases par
décantation.
La durée d’agitation est régit par la
cinétique de transfert de soluté vers la phase organique pour atteindre une
concentration d’équilibre, tandis que la durée de décantation est conditionnée par
le temps de séparation des deux phases non miscible.
I.1.2. Classification des systèmes
d’extraction liquide-liquide
Selon les propriétés chimiques de
l’extractant, son mode d’action et la nature des interactions entre le soluté
et l’extractant, on distingue quatre types de phénomènes lors d’une extraction
Extraction par solvatation -------extractant
neutre.
Extraction par échange de cations ---------extractant
acide.
Extraction par échange d’anions ------------extractant
basique.
Extraction par chélation --------------------------agent
chélatant.
a- Extraction par solvatation :
Un composé organique est dit solvatant s’il
possède un atome d’oxygène, de soufre, de phosphore ou d’azote.ont des
interactions de type accepteur-donneur avec les espèces métalliques neutres de
la phase aqueuse.
Les composés solvatants les plus utilisés sont
les éthers, les cétones, les alcools,
b- Extraction par échange de cations :
Certains acides
organiques forment avec les cations métalliques des sels organo-solubles. Ce
sont essentiellement des acides possédant une acidité suffisante comme les
acides carboxyliques, sulfoniques et
phosphoriques. L’extraction se produit par
simple réaction de l’acide organique avec les cations métalliques de la phase
aqueuse, en échangeant ces derniers avec les propres protons de l’acide.
L’extraction peut être décrite par l’équilibre général suivant :
M+m + m HE------------ M Em + mH+ )
c- Extraction par échange d’anions
Certains sels organiques (sels d’ammonium, …),
soluble dans une phase non miscible avec l’eau, échangent leur contre ion
(chlorure, sulfate, …) contre des anions à extraire de la phase aqueuse.
d- Extraction par chélation
Dans ce cas, la molécule d’extractant
fonctionne comme échangeur de cations et comme solvatant. Il s’agit d’un
composé comportant un groupement fonctionnel acide d’une part et un atome
donneur de doublet électroniques d’autre part.
L’Hydrogène acide est échangé avec le cation
métallique ce qui neutralise ses charges, le groupement donneur solvate le
cation et sature ses sites de coordination.
I-2Extraction liquide – solide :
L’extraction en phase solide (Solid Phase Extraction, SPE) est une autre technique
qui offre un certain nombre d’avantages importants. Elle réduit l'utilisation
de solvants, diminue les coûts et le temps d'extraction, elle peut être plus
sélective par le large choix des phases solides (résines), d’extractant et de
solvants, comme elle permet la régénération de la phase solide par un simple
lavage adéquat.
principe :
Le principe de l’extraction liquide - solide est
similaire à celle de l’extraction liquide - liquide, sauf, au lieu de deux
phases liquides non miscibles, il y a une phase liquide (dan laquelle se trouve
l’échantillon) et l’autre solide (adsorbant et/ou support pour extractants).
L'approche de base consiste à mettre un échantillon
liquide en contact intime avec un composé solide par lequel le composé est
retenu sélectivement.
Mécanismes de l'extraction Liquide-Solide
La récupération d’ions métalliques dans une extraction
liquide-solide peut se faire par
l’un ou une combinaison des mécanismes suivants
· Adsorption,
· Partage,
· Echange d’ion,
· Complexation.
a- Séparation par adsorption :
L’adsorption est un phénomène dans lequel les atomes ou
les molécules d’un corps se fixe a
la surface d’une autre substance, (surface de séparation
de deux phases). L’adsorption par un solide est donc un phénomène d’enlèvement de
molécules d’une phase gazeuse ou liquide par la surface de ce solide.
Maq + As------------------------- MAs)
L’adsorption est une réaction d’équilibre et l’énergie
d’adsorption est donnée par la
relation de Vant’Hoff :
∂(InK)/d(1/T) = ΔH/R (5)
K: constante d’équilibre de la transformation, ΔH: variation de l’enthalpie, R: constante des
gazes parfaits et T: température en kelvin.
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