Le contrôle rapide des membranes de séparation
L'élimination du CO2 des mélanges gazeux tels que le biogaz pour augmenter la pureté du méthane possède de nombreux avantages. Elle augmente le contenu énergétique du gaz naturel et en diminue le coût. Elle réduit également les émissions qui contribuent au changement climatique global et empêche la liquéfaction du CO2 dans les pipelines pendant le transport. Avec le soutien de l'UE du projet COMMOF (Composite membranes with metal organic frameworks for high efficiency gas separations), les scientifiques ont identifié de nouvelles membranes composites hautement sélectives en CO2 pour la purification du gaz naturel. Les membranes sont composées de polymères dans lesquelles des cadres organométalliques (MOF) sélectifs sont intégrés. Ces composés poreux 3D peuvent être formés à partir de constituants de molécules de métal et organiques pratiquement sans limites. Ils progressent rapidement pour des applications dans l'adsorption de et la séparation des gaz. Développant sur d'autres travaux montrant le potentiel des MOF pour améliorer les performances des membranes de séparation polymériques, l'équipe a développé des modèles détaillés et des algorithmes de calcul des MOF, des membranes et du processus de séparation. Ils ont été utilisés pour contrôler rapidement la myriade de combinaisons possibles. Un contrôle initial de la base de données des MOF et la modélisation des MOF purs et des composites polymères MOF ont montré que les deux systèmes sont importants dans la séparation du CO2. Même les MOF purs ont considérablement dépassé les membranes de séparation CO2 traditionnelles. Après avoir comparé plusieurs modèles de perméation théoriques, les scientifiques ont utilisé le meilleur modèle prédictif pour évaluer les performances de 80 nouvelles membranes composites MOF/polymère composées de 10 MOF différents et 8 polymères différents. Les résultats ont montré que les particules de charge MOF dans les polymères pouvaient grandement améliorer la perméabilité des polymères purs. Les chercheurs ont également montré que l'inclusion d'interactions électrostatiques entre l'adsorbat et les MOF était cruciale dans le cas de membranes MOF pures. Cela est devenu important pour les composites alors que le pourcentage de volume des MOF augmentait. COMMOF a produit un outil très puissant pour la modélisation des MOF/polymères et un contrôle rapide des membranes composites sélectives en CO2. Cela a permis l'identification de nouveaux composites à partir de milliers de candidats par son application. Les résultats ont conduit à sept publications dans des journaux scientifiques professionnels et d'autres sont en cours de révision. Le projet a donc formé une nouvelle génération de chercheurs hautement qualifiés dans l'important recouvrement des MOF, des membranes et de la capture de CO2.
Mots‑clés
Membranes de séparation, membranes composites, CO2, cadre organique métallique, séparations des gaz
