Une membrane inorganique pourrait réduire les coûts de séparation industrielle

Une membrane inorganique pourrait réduire les coûts de séparation industrielle

Une nouvelle membrane inorganique permettant de séparer les molécules à haute température pourrait réduire les besoins énergétiques des processus industriels. La membrane peut être utilisée dans des conditions difficiles qui entraîneraient la défaillance de nombreuses membranes commerciales à base de polymères.

Les processus de séparation et de purification dans l’industrie consomment souvent des quantités considérables d’énergie et peuvent être coûteux. Aujourd’hui, une équipe de scientifiques américains a créé une membrane inorganique, capable de résister à des températures allant jusqu’à 140°C, qui pourrait permettre des séparations moléculaires plus durables.

«Ces processus sont très gourmands en énergie. Notre membrane peut fonctionner dans des conditions proches de la réaction, de sorte que vous n’avez pas besoin de refroidir votre réacteur pour utiliser une membrane », explique Bratin Sengupta, étudiant diplômé de l’Université de Buffalo, qui a travaillé sur le projet.

L’équipe a d’abord généré un film hybride organométallique en faisant réagir du tétrachlorure de titane et de l’éthylène glycol sur un support à base d’aluminium. Ils ont ensuite éliminé le carbone du film par traitement thermique, créant ainsi un matériau d’oxyde métallique nanoporeux dopé au carbone. Le processus de l’équipe évite le problème de la fusion des petits pores en plus grands, ce qui constitue un défi courant lors de la fabrication de matériaux fins et poreux.

Source : © Science/AAAS

Le système de membrane en deux étapes utilisé pour séparer les produits, les réactifs et le catalyseur lors de la production de boscalid

«Notre matériau semble suffisamment rigide pour que vous puissiez augmenter la densité des pores sans fusionner ces petits pores en pores plus grands», explique Miao Yu, scientifique en matériaux basé à Buffalo, qui a dirigé le projet.

Le résultat est une membrane avec une densité de pores jusqu’à 10 fois supérieure à celle des membranes commerciales de nanofiltration à solvant organique, ce qui lui confère un taux de perméation élevé et une sélectivité élevée.

Les chercheurs ont démontré une utilisation pratique de la membrane dans la production du pesticide boscalid. Ils ont utilisé la membrane pour séparer chaque composant individuel du réactif, du produit et du catalyseur à 90°C, température à laquelle la réaction a lieu.

«C’est formidable de constater l’innovation continue dans ce domaine», déclare Andrew Livingston, un expert en technologie des membranes de l’Imperial College de Londres, au Royaume-Uni, qui n’a pas participé au projet.

Selon Livingston, l’intensification est une prochaine étape importante. « Il s’agit d’un nouveau matériau passionnant et la méthode de fabrication fait preuve d’une grande créativité. La membrane a une perméance élevée, une grande sélectivité et, étant inorganique, elle doit être robuste», dit-il. « Elle sera compétitive par rapport aux membranes polymères actuelles, dont certaines sont également résistantes chimiquement, si elle peut être transformée en grandes feuilles destinées à être utilisées dans un type de module, à un coût raisonnable. »

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