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Multicomponent nanostructured materials for separation membranes

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Améliorer la sélectivité des méthodes de séparation membranaire

De nombreux procédés industriels ont recours à des membranes pour la séparation des composants dans les mélanges gazeux. Des chercheurs financés par l'UE ont mis au point de nouveaux matériaux nanostructurés et les ont utilisés dans des membranes en améliorant la perméabilité et la sélectivité.

Technologies industrielles

La séparation de gaz par le biais de membranes perméables sélectives sert à récupérer de l'hydrogène, à éliminer le dioxyde de carbone (CO2) et à déshumidifier l'air, pour ne citer que quelques-unes des multiples applications. Le projet Compose («Multicomponent nanostructured materials for separation membranes») visait à mettre au point de nouveaux matériaux nanostructurés offrant une perméabilité très sélective pour réguler le flux de substances. Les chercheurs se sont concentrés sur deux classes de matériaux nanostructurés, à savoir les matériaux hybrides et les matériaux auto-organisés. Bien que la séparation sélective de gaz utilisant des membranes polymériques soit une branche de la technologie membranaire en pleine croissance, les matériaux existants sont souvent inadaptés car les paramètres de perméabilité sont sacrifiés aux dépens de la sélectivité et vice-versa. Les matériaux hybrides (comprenant des composants organiques et inorganiques), tels que les membranes à matrice mixte (MMM) constituées en intégrant des particules inorganiques dans des structures polymériques organiques, présentent un fort potentiel en matière d'amélioration des propriétés pour séparer les gaz. Par contre, les copolymères supramoléculaires auto-organisés présentent des propriétés chimiques et physiques leur permettant de s'auto-assembler pour former des couches minces comme la membrane cellulaire qui sépare de façon sélective l'environnement cellulaire interne de l'externe. Comprendre et exploiter l'organisation de la nature représente une promesse de paradigme totalement nouveau dans la technologie de séparation membranaire. Les chercheurs ont fabriqué divers types de MMM avec des résultats prometteurs. Les membranes composées de nanoparticules (NP) et intégrées à des polymères, notamment des polyacétylènes, polymères à base de cellulose et caoutchouc polydiméthylsiloxane ont fait preuve d'une excellente perméabilité et d'une sélectivité grandement améliorée. Les chercheurs ont également utilisé une combinaison d'auto-assemblage moléculaire et classique pour réaliser une membrane présentant une couche supérieure auto-assemblée hautement organisée sur une couche de support poreuse non organisée. Le projet Compose a permis de mettre au point de nouveaux matériaux nanostructurés pour fabriquer des membranes offrant une meilleure perméabilité et sélectivité dans les procédés de séparation membranaire. La disponibilité commerciale des membranes devrait améliorer le transport sélectif et la séparation dans un large éventail de domaines, avec des effets positifs sur les applications industrielles et énergétiques européennes ainsi que la séquestration du CO2 et le réchauffement climatique.

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