Une équipe multinationale de chercheurs a développé un procédé qui s’appuie sur le succès des procédés actuels d’osmose inverse qui éliminent le sel de l’eau de mer. Des chercheurs dirigés par le professeur Heqing Jiang, de l’Institut de bioénergie et de technologie des bioprocédés de Qingdao, de l’Académie chinoise des sciences, ont publié leurs conclusions le 18 novembre 2022 dans Nano-recherche.
Au cœur des procédés d’osmose inverse utilisés pour le dessalement se trouve un film composite appelé membrane polyamide.
La membrane en polyamide a dominé le marché des applications de dessalement déployées là où l’eau douce est rare, mais l’introduction de structures à l’échelle nanométrique peut représenter un bond en avant dans la technologie, ce qui est désespérément nécessaire dans certaines parties du monde alors que les pénuries d’eau douce s’aggravent.
La pénurie d’eau douce et la pollution de l’eau, causées par la croissance rapide de la population et l’expansion industrielle, sont devenues un problème sérieux, selon Jiang et ses co-auteurs, qui viennent d’institutions en Égypte, en Arabie saoudite et en Chine – tous des endroits avec des poches de pénurie d’eau douce.
Jiang et ses collègues ont mené la création d’une couche intermédiaire multifonctionnelle d’éther couronne dans une membrane en polyamide, dans l’espoir que cela améliorerait les performances de séparation.
« Avec l’aide de l’intercalaire d’éther couronne, la membrane polyamide obtient plus de structures nanométriques à la surface de la membrane et une épaisseur nanométrique, propices à l’amélioration des performances de l’eau, car la première augmente la surface de filtration efficace, tandis que la seconde réduit considérablement la masse résistance au transfert », a déclaré Jiang.
« De plus, les pores à l’échelle nanométrique de la membrane peuvent fournir des canaux à grande vitesse pour favoriser le transport de l’eau. La membrane en polyamide développée démontre une perméabilité à l’eau supérieure à la membrane en polyamide vierge tout en maintenant un rejet de sel comparable. »
La recherche s’inscrit dans le cadre d’autres efforts visant à développer des microstructures pouvant être ajoutées à la membrane en polyamide pour augmenter l’efficacité de l’osmose inverse, offrant un débit d’eau potable plus élevé par unité de filtration donnée.
Dans ce cas, les chercheurs ont préparé la membrane en pulvérisant de l’éther couronne sur le substrat imprégné d’une solution aqueuse d’amine, puis traité avec une solution de chlorure de trimésoyle/hexane pour créer une réaction de polymérisation, conduisant aux nanostructures résultantes et ajoutant considérablement à l’efficacité de la membrane. surface, ainsi qu’une diminution significative de l’épaisseur.
« La nouveauté de ce travail est le développement d’une membrane polyamide modulée par l’éther couronne, qui présente d’excellentes performances de séparation grâce à la construction de microstructures à l’échelle nanométrique », a déclaré Jiang.
« L’intercalaire d’éther couronne diminue non seulement la vitesse de réaction de polymérisation interfaciale, mais contrôle également la réaction dans l’espace confiné, de sorte qu’une couche de polyamide ultra-mince et uniforme avec des structures nanométriques régulières est formée. La performance de séparation de ce type de membrane est meilleure que la membrane en polyamide natif (notre témoin), ce qui indique que la construction d’une couche intermédiaire est une meilleure stratégie pour moduler la microstructure et les performances de la membrane en polyamide. »
Plusieurs techniques ont été utilisées pour évaluer les échantillons de membrane de test, y compris la spectroscopie infrarouge et la spectroscopie photoélectronique à rayons X. Jiang a déclaré qu’une prochaine étape de cette recherche consiste à déterminer si ces résultats positifs sont reproductibles et évolutifs, des informations nécessaires pour évaluer le potentiel de la technologie pour la viabilité commerciale future.
« La technologie de séparation à base de membrane est vitale pour les applications industrielles, en particulier dans la séparation des petites molécules/ions », a-t-il déclaré.
« Les membranes hautes performances sont une recherche permanente car non seulement elles peuvent augmenter la qualité de la séparation, mais elles peuvent également améliorer l’efficacité de la séparation. Compte tenu de la modulation efficace de l’éther couronne sur les microstructures des membranes en polyamide et de l’amélioration importante des performances de séparation, nous explorerons la faisabilité de la fabrication de membranes à grande échelle et étudier l’influence de l’éther couronne sur les performances de séparation en utilisant de l’eau de mer réelle comme solution d’alimentation.
« Il est également important d’étendre les applications des membranes en polyamide dans la séparation des solvants organiques, la séparation des gaz et d’autres procédés de séparation. »
Plus d’information:
Yanyu Zhao et al, Membrane en polyamide modulée par couche intermédiaire d’éther couronne avec des structures à l’échelle nanométrique pour un dessalement efficace, Nano-recherche (2022). DOI : 10.1007/s12274-022-5196-3
Fourni par Tsinghua University Press