Modélisation des flux volumiques dans un électrodialyseur en fonction de forces généralisées mesurables, selon les conditions électro-hydrodynamiques : application aux solutions de sulfate zinc

Laboratoire de chimie physique et électrochimie, Université Paul-Sabatier, 118, route de Narbonne, F 31400 Toulouse, France

Résumé

Lors de l'électrodialyse de solutions aqueuses dans un empilement parfait, les transferts de matière peuvent être modélises dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Pour des conditions isothermes, les forces qui agissent effectivement sur les ions du soluté, supposé totalement ionisé, et les molécules du solvant, peuvent être exprimées en fonction de grandeurs physisques et physico-chimiques mesurables. D'une façon générale, l’expression des flux volumiques est de la forme :

[math]

Les 5 coefficients de proportionnalité kg proviennent de la combinaison des coefficients phénoménologiques reliés à la différence du potentiel électrique appliqué, aux gradients des pressions hydrostatique et osmotique, de concentration du soluté et de pH entre les compartiments de concentration et de dilution. Le facteur correctif ⵁ_B dépend de la densité du courant électrique, lui même fonction des conditions électro-hydrodynamiques de l’électrodialyseur.

A partir d’une trentaine de mesures ces 6 coefficients ont été calculés dans le cas de solutions aqueuses de sulfate de zinc, ainsi que la contribution de chaque force agissante au flux volumique total.

Abstract

In the case of a perfect electrodialysis stack used to treat aqueous solutions, a model for mass transfert is proposed within the frame of thermodynamic of irreversible processes.

For isothermal conditions, driving forces acting upon ions of a solute fully ionized and on molecules of solvent are expressed with measurable physical and physico-chemical functions. The general expression of volumic fluxes is :

[math]

The 5 coefficients of proportionnality kg are issued from the combination of phenomenological coefficients related to the difference of electric potential applied and to gradients of hydrostatic and osmotic pressures, of salt concentrations and of pH, between diluting and concentrating compartments.

The corrective factor ⵁ_B is related to the electric current, which depends of the electro-hydrodynamic conditions of the electrodialysis stack.

Starting from about 30 experiments, 6 coefficients are calculated in the case of aqueous solutions of zinc sulfate, and the contribution of cach driving force to the overall volumic flux is pointed out.