Les membranes sur mesure offrent une méthode plus propre pour la séparation à l'échelle industrielle de mélanges chimiques, dit Suzana Nunes. Mais nous devons d'abord rendre leur fabrication plus verte.

Les membranes polymères poreuses pourraient vraiment nettoyer dans les industries chimiques et biotechnologiques, Suzana Nunes croit. Tout comme les membranes perméables ont remplacé les techniques énergivores, comme l'évaporation pour le dessalement de l'eau de mer, les membranes pourraient être une option beaucoup plus respectueuse de l'environnement pour d'innombrables purifications chimiques industrielles, dit le professeur KAUST de sciences et d'ingénierie de l'environnement.

Avant de faire le changement, il y a un défi à relever, Nunes argumente. Ironiquement, malgré leurs applications environnementales, le procédé classique de fabrication de la membrane est lui-même loin d'être vert. La plupart des membranes sont fabriquées à l'aide de solvants organiques volatils, exposer les travailleurs à des vapeurs nocives. Ces solvants figurent sur la liste de l'UE des produits chimiques industriels pour lesquels il est le plus urgent de trouver des produits plus propres, alternatives plus sûres. Dans beaucoup de pays, les solvants risquent d'être interdits.

« L'industrie reconnaît l'importance de remplacer ces solvants organiques, " dit Nunes. "Mais les remplacer par quoi ?"

Prendre la tête de la production verte

C'est là qu'intervient la recherche, Nunes dit, et où elle-même prend les devants. Nunes a en tête une solution en deux étapes au problème des membranes :démontrer à l'industrie une méthode plus propre pour les fabriquer; alors prouvez que ces membranes vertes fonctionnent tout aussi bien, ou mieux, que les membranes de fabrication conventionnelle pour les séparations industrielles.

Les progrès de la première étape sont déjà bien avancés. La façon classique de fabriquer une membrane consiste à prendre un polymère et à le dissoudre dans un solvant organique. La solution est coulée en couche mince, et une partie du solvant est autorisé à s'évaporer avant d'être immergé dans l'eau pour terminer le processus, Nunes explique. La taille des pores dans la feuille de polymère résultante décide en grande partie quels composants d'un mélange chimique peuvent traverser la membrane et lesquels sont rejetés.

Nunes se fait le champion d'une approche alternative à la fabrication de membranes. "Notre travail a porté sur l'utilisation de liquides ioniques comme solvant, " dit-elle. Les liquides ioniques sont des sels liquides à température ambiante, mais sont complètement non volatiles, les rendant beaucoup plus sûrs pour les travailleurs. Les liquides ioniques ont été un sujet brûlant de recherche en chimie verte au cours de la dernière décennie et une large gamme est maintenant disponible dans le commerce.

Faire des progrès

Nunes et son équipe de KAUST créent déjà des membranes à l'aide de liquides ioniques. De nombreuses membranes poreuses hautes performances existantes incorporent un polymère appelé polyéthersulfone et l'année dernière, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient les fabriquer à l'aide d'un solvant liquide ionique1. Quoi de plus, la nouvelle membrane a surpassé un équivalent produit de manière conventionnelle pour séparer des mélanges complexes de peptides et de protéines, un processus actuellement coûteux et laborieux pour l'industrie biotechnologique. Les applications sont vastes. Par exemple, de nombreux nouveaux médicaments sont des médicaments biologiques fabriqués à partir de protéines, qui doit être hautement purifié avant d'être administré aux patients. Les bonnes membranes poreuses pourraient simplifier considérablement ce processus.

Le passage aux liquides ioniques pour la fabrication de membranes devrait avoir d'autres avantages, Nunes argumente. "Nous pensons que nous pourrions être capables de dissoudre des polymères que nous ne pouvions pas dissoudre jusqu'à présent, et étendre le type de matériaux que nous pouvons utiliser pour les membranes, " dit Nunes.

La fabrication de membranes à partir de nouveaux matériaux pourrait être un réel avantage pour de nombreuses séparations de l'industrie chimique, où saisir une membrane commerciale existante sur les étagères n'est souvent pas une option viable. Les deux plus grandes utilisations actuelles des membranes - les membranes de dialyse pour les soins de santé et les membranes de dessalement pour la production d'eau douce - impliquent des liquides à base d'eau à des températures bénignes. Mais les séparations chimiques peuvent faire intervenir des solvants organiques, acides ou alcalis et températures élevées. Ces conditions corrosives vont rapidement dégrader une membrane ordinaire.

Parallèlement à ses travaux sur les liquides ioniques, Nunes a développé des membranes à base de poly(oxindolebiphénylylène), qui sont imperméables aux pH extrêmes et peuvent séparer avec succès des mélanges chimiques dans des solvants organiques à des températures sans précédent de plus de 300°C2. "C'est un sujet d'une réelle pertinence industrielle, où nous pouvons contribuer de plus en plus dans les prochaines années, " elle dit.

La combinaison de ce type de résilience des membranes avec une fabrication à base de liquides ioniques est le prochain défi que les chercheurs doivent relever pour maximiser les avantages environnementaux des membranes, dit Nunes.

"Dix ans à partir de maintenant, J'espère que nous aurons convaincu l'industrie des membranes, et ils utiliseront déjà des solvants alternatifs, " dit-elle. " Et je suis sûre que nous utiliserons des membranes dans l'industrie chimique beaucoup plus qu'elles ne le sont actuellement, " ajoute-t-elle. "C'est là que les chercheurs comme moi peuvent le plus contribuer au changement."