Des recherches récentes publiées dans un article de LA TECHNOLOGIE ont signalé une nouvelle conception d'une centrifugeuse à membrane nanoporeuse à grande échelle (voir la figure 1 (a), (b), (c), et (d)) proposé pour le dessalement par osmose inverse, avec preuve de concept démontrée par des simulations de dynamique moléculaire à grande échelle.

La technologie des membranes de séparation à base de nanomatériaux a été saluée comme un élément révolutionnaire de la technologie de dessalement, cependant, il y a deux obstacles majeurs pour l'empêcher dans les applications réelles :(1) le défi de la mise à l'échelle, c'est-à-dire comment faire une machine de dessalement à grande échelle avec membrane nano-poreuse, et (2) le problème d'encrassement, c'est-à-dire comment empêcher les ions Na+ et Cl- de bloquer le pore de taille nanométrique sans consommer beaucoup d'énergie. Dans ce travail, une équipe de chercheurs, composé principalement d'étudiants diplômés et de premier cycle de l'Université de Californie-Berkeley, ont construit une conception ingénieuse d'une centrifugeuse de dessalement à grande échelle (voir Figure 1) qui est décorée d'une membrane poreuse à l'échelle nanométrique. Les patchs de membrane poreuse à l'échelle nanométrique font partie de la structure de pores à plusieurs échelles sur la paroi de la centrifugeuse (voir Figure 1 (e) et (f)), de sorte qu'il puisse être facilement fabriqué pour une opération de dessalement à l'échelle industrielle.

De plus, dans ce travail, nous avons mené une simulation de dynamique moléculaire à grande échelle pour démontrer le mécanisme moléculaire du processus de dessalement, fournir la preuve de concept de la nouvelle conception. La simulation de la dynamique moléculaire a démontré de manière convaincante que la force centrifuge peut équilibrer la force d'osmose et fournir la poussée de filtrage de l'eau à travers des pores nanométriques. Par ailleurs, en utilisant le traitement du fluide tournant dans la centrifugeuse comme flux de Couette, la vitesse angulaire critique de la centrifugeuse est dérivée dans un premier temps pour une telle classe de machines de dessalement ou centrifugeuse. Les résultats de la simulation de la dynamique moléculaire ont corroboré la vitesse angulaire critique dérivée de la mécanique des fluides à l'échelle du continu.

Plus significativement, l'équipe de recherche a constaté qu'il n'y a pratiquement pas d'encrassement de la centrifugeuse de dessalement pendant la simulation (voir Figure 2). On constate que la concentration en ions n'augmente pas à l'approche de la paroi membranaire, au lieu, ça descend, en raison des effets combinés de la force de Coriolis et du rejet de sel de la paroi membranaire en graphène, ce qui laisse présager un grand potentiel pour une telle centrifugeuse à membrane nanoporeuse. Le rapport sera publié dans le numéro de mars 2018 de la revue LA TECHNOLOGIE . En tant que PI du projet, Professeur Shaofan Li de l'UC Berkeley, mentionné,

"Au milieu du changement climatique et des problèmes de durabilité eau-énergie, la centrifugeuse à nano-membrane proposée est une technologie de dessalement révolutionnaire dotée d'un mécanisme autonettoyant et d'une efficacité énergétique considérablement améliorée. Nos résultats préliminaires indiquent que la centrifugeuse à membrane en graphène a un grand potentiel de mise à l'échelle et devient le modèle pour les dispositifs de dessalement industriel de prochaine génération.''