Une nouvelle technologie membranaire permettant une séparation des molécules plus rapide et plus précise pourrait améliorer l’efficacité et la durabilité des procédés industriels énergivores – de la purification de produits chimiques et la récupération de ressources précieuses à la production de carburants durables.
Des chercheurs en génie chimique de l’Université du Queensland ont mis au point une technologie qui permet aux molécules de se déplacer efficacement à travers les membranes sans compromettre les performances de séparation.
L’ingénieur chimiste professeur Xiwang Zhang, directeur du Centre Dow de l’UQ pour l’innovation en ingénierie durable et du Centre d’excellence de l’ARC pour la transformation électrochimique verte du dioxyde de carbone, a déclaré que cette percée répondait à un défi de longue date en matière de technologie membranaire.
« Permettre aux molécules de se déplacer plus vite tout en maintenant une précision de séparation exceptionnelle pourrait réduire la consommation d’énergie de ces procédés industriels », a-t-il déclaré.
« Les industries ont besoin de membranes capables de traiter rapidement de grands volumes de matières, tout en ne laissant passer que les molécules souhaitées.
« Mais plus les molécules traversent rapidement une membrane, plus il devient difficile de les séparer avec précision.
« Surmonter ce compromis a été l’un des plus grands défis de la science des membranes. »
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont examiné l’intérieur même de la membrane, en se concentrant sur des canaux minuscules de moins d’un nanomètre de large, soit environ 100 000 fois plus fins qu’un cheveu humain.
« Ces canaux sont comme des “autoroutes moléculaires” et constituent un élément crucial de la technologie membranaire, mais ils présentent souvent des barrières de friction et d’adhésion », a déclaré le professeur Zhang.
« Il est très difficile de reconcevoir cette autoroute, alors nous avons posé une question simple : plutôt que de simplement modifier la taille ou la chimie de ces autoroutes, pourrions-nous les rendre dynamiques pour aider les molécules à se déplacer plus vite ?
« L’introduction d’ions ammonium auto-rotatifs dans les nanocanaux pourrait améliorer considérablement le transport moléculaire.
« La mobilité naturelle des particules d’ammoniac a contribué à transformer un canal autrefois rigide et statique en un environnement de transport dynamique favorisant un meilleur transfert d’énergie et un mouvement efficace.
« Les molécules auto-rotatives sont comme un tourniquet qui nous aide à réguler avec précision le trafic moléculaire tout en maintenant les molécules en mouvement rapide.
« Essentiellement, nous avons modernisé ces autoroutes afin de bénéficier du meilleur des deux mondes : la vitesse et la sélectivité. »
Lors d’expériences de séparation éthanol-eau, les chercheurs ont démontré avec succès une amélioration d’un facteur dix de la précision de séparation par rapport à une membrane de filtration standard.
« Notre nouvelle membrane a augmenté le transport de l’eau d’environ 44 % et réduit celui de l’éthanol de 90 % », a déclaré le professeur Zhang.
Le professeur Zhang a déclaré que la prochaine étape consisterait à traduire cette technologie en applications pratiques, notamment des séparations industrielles à faible consommation d’énergie, la récupération des ressources, l’utilisation du CO2 et la protection de l’environnement.
Article : Supercharged ‘molecule highway’ could transform industrial processing – Journal : Science – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Queensland U
