Une équipe de chercheurs a découvert une méthode innovante pour séparer les molécules de dioxyde de carbone des mélanges gazeux. Cette technique, qui pourrait avoir des implications majeures pour l’environnement, repose sur l’utilisation de composés de verre aux pores extrêmement fins.
Des composés de verre pour la séparation des gaz
Des chercheurs de l’Université Friedrich Schiller de Jena, en collaboration avec l’Université de Leipzig et l’Université de Vienne, ont découvert une nouvelle méthode pour séparer les molécules de dioxyde de carbone des mélanges gazeux. Ils ont transformé des composés cristallins de cadres métallo-organiques en verre, réduisant ainsi la taille des pores du matériau au point de le rendre imperméable à certaines molécules de gaz.
« Ces matériaux de type verre étaient auparavant considérés comme non poreux », explique le Dr Alexander Knebel de l’Institut Otto Schott de l’Université de Jena, qui a dirigé ce travail. « Le matériau de départ, c’est-à-dire les composés de cadre cristallin, a des pores très clairement définis et une grande surface interne. Ils sont donc également étudiés comme matériaux pour le stockage ou la séparation des gaz. Cependant, cette structure définie est perdue lors de la fusion et de la compression. Et nous avons tiré parti de cela. »
Un désordre ordonné
Bien que la structure globale du cristal disparaisse lors de la fusion, certaines parties du cristal conservent leur structure.
« En termes techniques, cela signifie que lors de la transition du cristal au verre, l’ordre à longue distance du matériau est perdu, mais l’ordre à courte distance est préservé », explique le Dr. Knebel.
Oksana Smirnova, doctorante à l’Université de Jena et première auteure de l’étude, ajoute : « Lorsque nous fondons et comprimons ce matériau, les interstices poreux changent également ».
En conséquence, des canaux avec des constrictions – ou même des impasses – sont créés, et par conséquent, certains gaz ne passent tout simplement plus.
Des applications environnementales
« Un des objectifs de ce travail est de développer une membrane de verre pour des applications environnementales. Car séparer le dioxyde de carbone des gaz est sans aucun doute l’un des grands défis technologiques de notre époque », précise le Dr. Knebel. « C’est pourquoi je suis également reconnaissant pour le soutien de ce travail par le programme Breakthroughs de la Fondation Carl Zeiss – et pour l’engagement exceptionnel de ma doctorante Oksana Smirnova, qui a contribué de manière significative au succès de ce travail. »
En synthèse
Cette découverte représente une étape importante dans la recherche sur la séparation des gaz. En utilisant des composés de verre aux pores extrêmement fins, les chercheurs ont réussi à séparer les molécules de dioxyde de carbone des mélanges gazeux. Cette technique pourrait avoir des implications majeures pour l’environnement, notamment en aidant à réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un cadre métallo-organique ?
Un cadre métallo-organique est un composé constitué d’ions métalliques liés ensemble par des molécules organiques rigides.
Comment fonctionne la séparation des gaz ?
La séparation des gaz se fait en réduisant la taille des pores du matériau au point de le rendre imperméable à certaines molécules de gaz.
Quelle est l’importance de cette découverte ?
Cette découverte pourrait avoir des implications majeures pour l’environnement, notamment en aidant à réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Quels sont les défis de cette technique ?
Le principal défi de cette technique est de maintenir la structure des pores lors de la fusion et de la compression du matériau.
Quelles sont les prochaines étapes de la recherche ?
Les prochaines étapes de la recherche incluent le développement d’une membrane de verre pour des applications environnementales.
Références
Légende illustration principale : Le verre hybride basé sur des réseaux métallo-organiques convient à la séparation des gaz. Crédit : Jens Meyer (University of Jena)
Oksana Smirnova, Seungtaik Hwang, Roman Sajzew, Lingcong Ge, Aaron Reupert,Vahid Nozari, Samira Savani, Christian Chmelik, Michael R. Reithofer, LotharWondraczek, Jörg Kärger, Alexander Knebel, « Precise control over gas transporting channels in zeolitic imidazolateframework glasses », Nature Materials, 2023, DOI: 10.1038/s41563-023-01738-3
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