La demande croissante en ressources de lithium, alimentée par l’expansion rapide de l’industrie des nouvelles énergies, a mis en lumière l’importance du recyclage efficace des batteries au lithium usagées. Face aux défis posés par les membranes conventionnelles en polyamide, une équipe de chercheurs propose une stratégie innovante pour améliorer la récupération durable du lithium.
Dans une étude publiée dans le Journal of Membrane Science, le groupe de recherche dirigé par le Professeur WAN Yinhua de l’Institut de Génie des Procédés (IPE) de l’Académie Chinoise des Sciences a proposé une stratégie de polymérisation interfaciale régulée par zones. Leur approche vise à fabriquer des membranes de nanofiltration (NF) résistantes aux acides et aux alcalis, avec une haute sélectivité pour la récupération du lithium à partir des batteries usagées.
La technologie de nanofiltration (NF) se présente comme une solution clé pour la récupération durable du lithium. Les membranes NF en polyamide traditionnelles souffrent toutefois de dégradations structurelles sous des conditions acides et alcalines, ce qui compromet leur performance en séparation.
Les membranes en polyurée (PU) offrent une stabilité chimique exceptionnelle et sont utilisées dans des processus de séparation spécialisés. Néanmoins, l’utilisation du polyéthylèneimine (PEI) comme monomère aqueux dans la fabrication des PU pose des problèmes. Les nombreux sites réactifs du PEI entraînent une polymérisation interfaciale intense, produisant des structures membranaires inégales et une faible reproductibilité.
La stratégie proposée régule la diffusion des monomères dans la solution et à l’interface grâce à l’inhibiteur de réaction Cu²⁺ et au tensioactif dodécylsulfate de sodium (SDS). «Nous utilisons Cu²⁺ pour réguler la diffusion et la réactivité du PEI, tandis que le SDS assure une distribution uniforme à l’interface, améliorant ainsi l’intégrité de la membrane», a expliqué le Professeur WAN.
Les membranes PU démontrent une stabilité chimique remarquable, maintenant leur sélectivité même sous des conditions acides et alcalines sévères lors de la récupération du lithium. En équilibrant les effets de charge et de taille, ces membranes offrent une performance fiable dans des environnements à pH extrême.
«Notre stratégie de polymérisation interfaciale régulée par zones illustre l’importance du contrôle du comportement de diffusion des monomères pour améliorer la performance des membranes et la stabilité manufacturière», a déclaré le Professeur LUO Jianquan, auteur correspondant de l’étude. Cette recherche représente un pas significatif vers l’utilisation durable des ressources dans le secteur énergétique en pleine croissance.
Article : ‘High-performance polyurea nanofiltration membrane for waste lithium-ion batteries recycling: Leveraging synergistic control of bulk and interfacial monomer diffusion’ / ( 10.1016/j.memsci.2024.123405 ) – Chinese Academy of Sciences Headquarters – Publication dans la revue Journal of Membrane Science
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