Modélisation de la nanofiltration d’ions métalliques par les plans de Box-Behnken et Taguchi

Abstract

Le présent mémoire porté sur l‟étude comparative de la modélisation de la nanofiltration des ions de Cd(II), Zn(II) et Cu(II) par les plans de Box-behnken et Taguchi, nous a permis de relever les conclusions suivantes : Une étude préliminaire de la perméabilité hydraulique de la membrane à l‟eau distillée s‟est avérée nécessaire pour connaitre l‟évolution du flux de perméat au cours de la nanofiltration et par conséquent la rétention des ions métalliques. Les résultats ont montré que la nanofiltration de Cd(II), Zn(II) et Cu(II) suit la loi de Darcy. Concernant la modélisation, le traitement statistique utilisé pour prévoir la rétention maximale et les conditions opératoires optimales, a montré que : - Seules les rétentions de Cd(II) qui peuvent être modelées par les plans de Box-Behnken, basé sur le modèle quadratique selon le test préliminaire par le logiciel Design Expert (R2=0,9477 ; R2 ajusté=0,8537 ; R2 prévu= 0,1810) - Le passage au modèle cubique réduit a amélioré nettement les paramètres précédents (R2=0,995 ; R2 ajusté=0,9825 ; R2prévu= 0,8471). Ceci nous a conduits à déterminer l‟équation du modèle en question : 𝐴 𝐴 - L‟effet individuel du facteur B (pression) est plus important que celui du facteur C (quantité ajoutée du sel). Par contre, il faut aller vers les baisses valeurs du sel pour augmenter d‟avantage la rétention de Cd(II) - Le facteur A (la concentration du mélange métallique) n‟a pas d‟effet sur la rétention de Cd(II). - L‟interaction binaire entre la concentration des ions métalliques (facteur A) et la pression transmembranaire (facteur B) est moins importante (4,41) que celle entre la pression et la quantité du sel (interaction BC ; 11,62) mais elles sont similaires de point de vue rétentions (AB : 92,25% et BC : 92,06%). - L‟analyse de la variance (ANOVA) du modèle cubique réduit a donné un faible coefficient de variation (2,46%) où R2 et R2ajusté sont proches de 0,99 (différence de 1,25%), et R2 prévu est en accord raisonnable avec le R2ajusté (différence de 0,1379 <0,2). - L‟optimisation numérique à l‟aide du logiciel entreprise sur les 10 meilleures parmi 100 solutions possibles avec une désirabilités de 100%, a montré que la plus importante rétention prévue (99,88%) est atteinte lorsque la concentration du Cd(II) est de 285 ppm à une pression de 6 bars et en présence de 14,64g/40 L de sel de sulfate de sodium. Elle est supérieure à celles trouvées expérimentalement : 92,50% ; 96,18 % et 96,93%