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Solar-Driven MOF Membrane Fabrication from Waste for Sustainable Separations

Description du projet

La fabrication durable alimentée par l’énergie solaire

Les membranes constituent l’une des méthodes de séparation les plus économes en énergie disponibles aujourd’hui, mais leur fabrication est aussi très énergivore et gourmande en ressources. Soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet SUN-MEM développera une plateforme photoélectrochimique alimentée par l’énergie solaire pour fabriquer des membranes de réseaux métallo-organiques de haute performance dans des conditions ambiantes et hors réseau, éliminant ainsi le besoin d’une synthèse conventionnelle énergivore. Il prend en compte les principes de l’économie circulaire, en recourant à des ressources matérielles recyclables, notamment le zinc récupéré des batteries et des substances dérivées des déchets plastiques en polytéréphtalate d’éthylène, et en produisant également des sous-produits utiles comme l’hydrogène et l’oxygène au cours du processus.

Objectif

Membrane-based separations are among the most energy-efficient alternatives to conventional processes such as distillation, yet the fabrication of high-performance membranes remains energy- and resource-intensive. Metal–organic framework (MOF) membranes offer exceptional selectivity and tunability for demanding separations, including propylene/propane (C₃H₆/C₃H₈) and lithium/magnesium (Li⁺/Mg²⁺), but current hydro/solvothermal fabrication methods require high temperatures, pressures, grid electricity, and purified chemical precursors. This project, SUN-MEM, introduces a solar-driven photoelectrochemical (PEC) platform for MOF membrane fabrication under ambient conditions, eliminating external electrical input and enabling off-grid operation. The method directly integrates waste valorisation by using zinc ions recovered from spent Zn–Mn batteries and terephthalic acid (TPA) from PET plastic waste as precursors. Solar illumination simultaneously drives anodic and cathodic interfacial reactions, lowering nucleation barriers, enabling rapid growth within one hour, and producing valuable H2 and O2 by-products. The approach is compatible with both imidazolate (ZIF-8) and carboxylate (UiO-66) chemistries, demonstrated on flat plate and hollow fiber substrates for industrial scalability. Compared with conventional synthesis, SUN-MEM can reduce electricity consumption by over 95%, precursor costs by 65%, and manufacturing CO2 emissions by 84%, while contributing to the upcycling of over 4.9 Mt PET and 34 kt battery waste generated annually in the EU. By bridging solar energy conversion, MOF membrane engineering, and circular economy principles, the project delivers a disruptive route to sustainable, energy-autonomous membrane manufacturing, aligned with the EU Green Deal and Zero Pollution Ambition, and enabling equitable access to advanced separations in resource-limited regions.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinateur

IMPERIAL COLLEGE OF SCIENCE TECHNOLOGY AND MEDICINE
Contribution nette de l'UE
€ 276 187,92
Adresse
SOUTH KENSINGTON CAMPUS EXHIBITION ROAD
SW7 2AZ London
Royaume-Uni
Région
London Inner London — West Westminster
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée