L’avenir du dessalement ? Une membrane rapide, efficace et sélective pour la purification de l’eau salée


L'avenir du dessalement ?

La réduction des coûts énergétiques, et donc financiers, et la simplification du dessalement de l’eau pourraient aider les communautés du monde entier ayant un accès limité à l’eau potable. Crédit photo : © 2022 Itoh et al.

La rareté de l’eau est un problème croissant dans le monde. Le dessalement de l’eau de mer est méthode établie obtenir de l’eau potable, mais elle est associée à des coûts énergétiques énormes. Pour la première fois, des chercheurs utilisent des nanostructures à base de fluor pour filtrer avec succès le sel de l’eau. Par rapport aux méthodes de dessalement actuelles, ces nanocanaux contenant du fluor fonctionnent plus rapidement, nécessitent moins de pression et moins d’énergie, et constituent un filtre plus .

Si vous avez déjà cuisiné avec une poêle antiadhésive recouverte de téflon, vous avez probablement vu avec quelle facilité les ingrédients humides y glissent. Cela se produit parce que le composant clé du téflon est le fluor, un élément léger qui est intrinsèquement hydrofuge ou hydrophobe. Le téflon peut également être utilisé pour recouvrir les tuyaux afin d’améliorer le débit d’eau. Un tel comportement a attiré l’attention du professeur agrégé Yoshimitsu Itoh du département de chimie et de biotechnologie de l’université de Tokyo et de son équipe. Cela l’a inspirée à étudier comment des tubes ou des canaux en fluor pouvaient fonctionner à un niveau complètement différent, le niveau nano.

« Nous étions curieux de voir à quel point un nanocanal contenant du fluor pouvait être efficace pour filtrer sélectivement différents composés, en particulier l’eau et le sel. dit Itô. « Il existe actuellement deux façons principales de dessaler l’eau : thermiquement, en utilisant la chaleur pour vaporiser l’eau de mer afin qu’elle se condense en eau pure, ou par osmose inverse, qui utilise la pression pour forcer l’eau à travers une membrane qui bloque le sel. Les deux méthodes nécessitent beaucoup d’énergie, mais nos tests suggèrent que les nanocanaux contenant du fluor sont à faible énergie et présentent également d’autres avantages. »

L’équipe a fabriqué des membranes de filtration de test en synthétisant chimiquement des anneaux de fluor nanoscopiques qui ont été empilés et intégrés dans une couche lipidique autrement imperméable, similaire aux molécules organiques qui composent les parois cellulaires. Ils ont créé plusieurs modèles de test avec des nanoanneaux entre environ 1 et 2 nanomètres. A titre de comparaison : un cheveu humain mesure près de 100 000 nanomètres de large. Pour tester l’efficacité de leurs membranes, Itoh et l’équipe ont mesuré la présence d’ions chlore, l’un des principaux composants du sel – l’autre étant le sodium – des deux côtés de la membrane de test.

« C’était très excitant de voir les résultats de première main. Le plus petit de nos canaux de test rejetait parfaitement les molécules de sel entrantes, et même les plus grands canaux constituaient toujours une amélioration par rapport aux autres techniques de dessalement et même aux filtres à nanotubes de carbone à la pointe de la technologie », a déclaré Itoh. « La vraie surprise pour moi a été la rapidité du processus. Notre échantillon a fonctionné environ plusieurs milliers de fois plus vite que les appareils industriels typiques et environ 2 400 fois plus vite que les appareils expérimentaux de dessalement à base de nanotubes de carbone.

Parce que le fluor est électriquement négatif, il repousse les ions négatifs comme le chlore présent dans le sel. Mais un avantage supplémentaire de cette négativité est qu’elle décompose également les soi-disant amas d’eau, essentiellement des groupes de molécules d’eau faiblement liés, leur permettant de traverser les canaux plus rapidement. Les membranes de dessalement de l’eau à base de fluor de l’équipe sont plus efficaces, plus rapides, nécessitent moins d’énergie pour fonctionner et sont également très faciles à utiliser, alors quel est le problème ?

« Actuellement, la façon dont nous synthétisons nos matériaux est elle-même relativement énergivore ; cependant, nous espérons être en mesure d’améliorer cela dans les recherches futures. Et compte tenu de la longévité des membranes et de leur faible coût de possession, le coût énergétique global sera bien inférieur à celui des méthodes actuelles », a déclaré Itoh. « Les autres mesures que nous souhaitons prendre, bien sûr, sont la mise à l’échelle. Nos échantillons de test étaient des nanocanaux simples, mais avec l’aide d’autres spécialistes, nous espérons fabriquer une membrane d’environ 1 mètre de diamètre dans quelques années. Parallèlement à ces problèmes de fabrication, nous étudions également si des membranes similaires pourraient être utilisées pour réduire le dioxyde de carbone ou d’autres déchets indésirables rejetés par l’industrie. »

Les résultats seront publiés dans Science.


Le dessalement de l’eau s’accélère


Plus d’information:
Yoshimitsu Itoh et al, Perméation ultrarapide de l’eau à travers des nanocanaux avec une surface interne dense contenant du fluor, Science (2022). DOI : 10.1126/science.abd0966. www.science.org/doi/10.1126/science.abd0966

Fourni par l’Université de Tokyo

Citation: L’avenir du dessalement ? A Fast, Efficient, Selective Membrane for Saltwater (12 mai 2022) Extrait le 12 mai 2022 de https://phys.org/news/2022-05-future-desalination-fast-efficient-membrane.html

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