La technologie de séparation membranaire a été largement reconnue comme une technologie plus avantageuse en raison de son efficacité de traitement élevée, de sa faible empreinte et de la qualité fiable de ses effluents. Cependant, sa croissance durable a été entravée en raison de l’encrassement des membranes. Bien que de grands efforts aient été faits au cours des dernières décennies pour améliorer les performances antisalissures via diverses stratégies de modification, les membranes obtenues possèdent généralement une chimie de surface plus compliquée, ce qui est défavorable au contrôle de l’encrassement des membranes.
La polarité des molécules détermine essentiellement leur comportement d’interaction moléculaire. Les membranes non polaires peuvent présenter des avantages dans l’antifouling car le moment dipolaire électrique est proche de zéro, ce qui n’est pas propice au dépôt de polluants sur la surface de la membrane. Cependant, un mécanisme d’interaction aussi fondamental est rarement pris en compte dans les études précédentes de fabrication et de modification de membranes.
De plus, les matériaux non polaires n’ont pas été suffisamment concernés dans les études précédentes de préparation de membranes. Bien que le nanotube de carbone ait été de plus en plus utilisé pour la fabrication de membranes, les effets bénéfiques potentiels de sa caractéristique non polaire avaient été à peine étudiés. Quelques études ont développé des membranes CNT alignées verticalement, mais elles ne conviennent pas aux procédés de micro/ultrafiltration en raison de la taille et de la porosité limitées des pores.
Pour surmonter ces obstacles, des chercheurs de l’Université forestière de Pékin et de l’Université Tsinghua ont préparé une membrane CNT super-alignée non polaire (SACNT) avec une stratégie de croisement couche par couche. Leur étude révèle que la chimie de surface de la membrane SACNT est simple et inerte, éliminant potentiellement l’encrassement de la membrane induit par la liaison covalente.
De plus, par rapport aux membranes commerciales, les membranes SACNT ont obtenu une sélectivité significativement plus élevée tout en obtenant une perméabilité comparable ou supérieure. Frontières des sciences et de l’ingénierie de l’environnement en 2023.
Dans cette étude, l’équipe de recherche a découvert que la chimie de surface des membranes SACNT est simple et inerte, éliminant ainsi potentiellement l’encrassement de la membrane induit par la liaison covalente. En outre, les membranes SACNT présentaient un comportement de mouillage non polaire typique, avec des angles de contact élevés pour les liquides polaires (eau : ~124,9°–126,5° ; formamide : ~80,0°–83,9°) mais des angles de contact faibles pour le diiodométhane non polaire (~18,8°– 20,9°). Leur recherche a abouti à une structure plus lisse et plus uniforme avec une perméabilité plus élevée que les membranes commerciales. La membrane SACNT dans l’efficacité de nettoyage du traitement des eaux usées municipales a augmenté de 2,3 fois, l’efficacité de séparation huile/eau a atteint 99,2 %.
Cette étude a proposé avec succès une nouvelle membrane SACNT non polaire en utilisant une méthode d’empilement croisé couche par couche utilisant les nanotubes de carbone non polaires comme matière première. Ce travail fournit non seulement une nouvelle solution au problème de la pollution par membrane dans la technologie de séparation par membrane, mais améliore également l’efficacité du traitement des eaux usées municipales et de la récupération des eaux usées, qui a une large perspective d’application dans divers domaines.
Plus d’information:
Shuang Zhang et al, Membrane de nanotubes de carbone super-alignés superposés non polaires pour un traitement efficace des eaux usées, Frontières des sciences et de l’ingénierie de l’environnement (2022). DOI : 10.1007/s11783-023-1630-3
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