L’osmose inverse (RO) a attiré une large attention pour son applicabilité étendue dans le dessalement de l’eau saumâtre et de l’eau de mer. Les membranes d’osmose inverse composites à couche mince (TFC) en polyamide (PA) constituées d’une couche de séparation dense et d’une couche de support poreuse ont été les produits phares de ce domaine. Cependant, la perméabilité-sélectivité relativement faible de la membrane PA RO et l’encrassement de la membrane TFC RO limitent l’applicabilité généralisée des membranes TFC PA RO.
La synthèse de membranes nanocomposites s’est révélée être une excellente technologie pour combiner les avantages des polymères et des nanomatériaux inorganiques. Les performances natives de la membrane RO pourraient être améliorées en affinant la composition et la structure. Par exemple, l’hydrotalcite (HT) a été dispersée dans une solution aqueuse et incorporée dans la matrice PA dans l’étape de polymérisation interfaciale pour construire des canaux de transport pour l’eau.
La membrane obtenue présentait une perm-sélectivité élevée avec un flux d’eau accru sans sacrifier le rejet de sel. De plus, la modification de la membrane (y compris l’incorporation de nanoparticules, le revêtement de surface et le greffage) s’est avérée être une approche efficace pour prévenir l’encrassement biologique. Parmi eux, le greffage d’agents anti-biofouling sur des nanoparticules intégrées dans la matrice PA pourrait être une excellente stratégie pour doter les membranes RO de propriétés anti-biofouling sans endommager la matrice PA.
Les nanoparticules HT contiennent des hydroxyles abondants, qui peuvent réagir avec le siloxy des agents de couplage silane, permettant un greffage anti-biofouling. Par conséquent, de nouvelles membranes TFC RO à haute sélectivité perm et propriété anti-biofouling peuvent être obtenues en utilisant des nanoparticules HT comme dopants dans les couches de PA et en greffant des agents de couplage silane contenant des groupes fonctionnels anti-biofouling sur la surface de la membrane.
Inspiré par les propriétés des nanoparticules HT et des agents de couplage silane contenant de l’ammonium quaternaire, le professeur Jian Wang de l’Institut de dessalement et d’utilisation polyvalente de l’eau de mer, le professeur Zhun Ma de l’Université des sciences et technologies de Shangdong, le Dr Xinxia Tian de L’Institut de dessalement et d’utilisation polyvalente de l’eau de mer et les membres de leur équipe ont travaillé conjointement et développé de nouvelles membranes RO avec des performances élevées prolongées et stables en améliorant simultanément la sélectivité permanente et la propriété anti-biofouling.
Leur travail améliore considérablement les performances des membranes TFC PA RO, ce qui fournit des conseils techniques précieux pour le dessalement à l’avenir. Cette étude est publiée dans Frontières des sciences et de l’ingénierie de l’environnement.
Dans cette étude, les nanoparticules de Mg-Al-CO3 HT ont été incorporées dans des couches de PA lors de la polymérisation interfaciale par dispersion dans des solutions organiques. L’incorporation de HT a été réalisée avec un double rôle, améliorant le flux d’eau et agissant comme sites de greffage. L’incorporation de HT a augmenté le flux d’eau sans sacrifier le rejet de sel, compensant la perte causée par la réaction de greffage suivante. La surface exposée de HT a agi comme sites de greffage pour l’agent anti-biofouling dimethyloctadecyl[3-(trimethoxysilyl)propyl] chlorure d’ammonium (DMOT-PAC).
La combinaison de l’incorporation de HT et du greffage DMOTPAC a doté les membranes d’osmose inverse d’une haute sélectivité perm et de propriétés anti-biofouling. Le flux d’eau du PA-HT-0.06 était de 49,8 L/m2•h, soit 16,4 % supérieur à celui de la membrane vierge. Le rejet de sel de PA-HT-0.06 était de 99,1 %, ce qui était comparable à celui de la membrane vierge. En ce qui concerne l’encrassement du lysozyme chargé négativement, la récupération du flux d’eau de la membrane modifiée était supérieure à celle de la membrane vierge (par exemple, 86,8 % de PA-HT-0,06 contre 78,2 % de PA-pristine). Le taux de stérilisation du PA-HT-0.06 pour E. coli et B. subtilis était de 97,3 % et 98,7 %.
Cette étude est la première à rapporter la formation de liaisons covalentes entre les nanoparticules DMOTPAC et HT incorporées dans la matrice PA pour obtenir des membranes RO avec à la fois une haute sélectivité perm et des propriétés anti-biofouling. L’incorporation de nanoparticules d’intégration et le greffage de groupes fonctionnels promettent le développement de membranes RO à haute permsélectivité et propriétés anti-biofouling.
Xinxia Tian et al, Préparation d’une membrane d’osmose inverse à haute permsélectivité et propriétés anti-biofouling pour le dessalement, Frontières des sciences et de l’ingénierie de l’environnement (2021). DOI : 10.1007/s11783-021-1497-0
Fourni par la presse de l’enseignement supérieur