La filtration membranaire est basée sur la mise en œuvre d’une interface (barrière) physique, appelée membrane. Sa porosité, calibrée de façon très précise, assure une perméabilité sélective de certains solutés en dessous d’une taille donnée. L’application d’une différence de pression permet le transfert du solvant à travers la membrane dont la taille des pores assure la rétention de solutés. Le maintien d’une circulation parallèle à la surface de filtration permet de contrôler l’accumulation de matières, limiter le colmatage de la membrane et optimiser le débit de filtration.
En sortie, on récupère deux flux : une fraction concentrée (le rétentat) enrichie en éléments retenus par la membrane, et une fraction plus diluée (le perméat) ne contenant que les composés pouvant traverser la membrane. Le débit de filtration est le résultat de l’équilibre entre la pression transmembranaire et la vitesse tangentielle.
Il est d’usage de classer les types de filtration de manière décroissante en fonction de la taille des pores des membranes : microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration et osmose inverse.
La microfiltration tangentielle (MFT)
Ce procédé utilise des membranes microporeuses (entre 0.1 et 10 µm) qui peuvent être selon les applications en céramique, en polymère organique, ou acier inox revêtu de dioxyde de titane. C’est le domaine de la clarification et de l’extraction de microorganismes. La vitesse de circulation est généralement élevée et la pression faible.
L’ultrafiltration tangentielle (UFT)
La taille des pores est généralement comprise entre 0,01 et 0,1 µm. Ce procédé permet de concentrer des macromolécules et laisser passer les solutés simples. C’est le domaine de l’extraction et de la concentration des protéines et des polymères. Comme pour la microfiltration et en fonction des applications, on utilisera des membranes organiques ou minérales.
La nanofiltration tangentielle (NFT)
La taille des pores est proche du nanomètre et permet l’arrêt sélectif des molécules dont la taille varie de 1 à 100 nm. La pression transmembranaire est le facteur principal de la perméation, de l’ordre de 10 à 25 bars. La nanofiltration permet la séparation entre les ions monovalents et divalents, les monomères et les dimères (glucose/saccharose, glucose/lactose…)
L’osmose inverse (RO)
Elle mobilise des membranes denses permettant d’extraire de l’eau pure d’une solution contenant des sels (voire d’autres substances dissoutes). Le flux est limité par la pression osmotique qui augmente avec la concentration des solutés dans le rétentat. Les pressions transmembranaires sont élevées, 30 à 60 bars. C’est le procédé de référence utilisé pour la production d’eau déminéralisé.
La filtration membranaire est utilisée dans de multiples procédés de purification ou de concentration. C’est le prétraitement idéal avant des opérations de séparation plus sélectives telles que chromatographie ou l’échange d’ions.
Les principales applications sont…
La concentration et la déminéralisation du lactosérum : pour cette application, la nanofiltration est associée à d’autres technologies dans des procédés brevetés Eurodia (jusqu’à 90 % de déminéralisation).
La concentration de produits alimentaires tels que les protéines, le sucre… L’osmose inverse permet là d’atteindre une très haute qualité de filtration.
La purification des jus sucrés (glucose haute pureté…) utilise la nanofiltration.
La clarification de jus sucrés, mouts de fermentation, extraits végétaux, la débactérisation, le fractionnement du lait et du sang, la production d’eau ou de liquides apyrogènes… pour lesquelles la MFT et l’UFT sont largement utilisées.
Les avantages génériques de la filtration membranaire
Les avantages de la filtration membranaire Eurodia
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