Les chercheurs d'Argonne ont démontré la viabilité d'une nouvelle technique pour les membranes.

Que ce soit l'eau du robinet ou une tasse de café, presque tout ce que nous buvons passe à travers une sorte de filtre. La capacité de transformer les liquides de cette façon est essentielle à la vie quotidienne, pourtant, il repose souvent sur des membranes relativement délicates qui peuvent rapidement se boucher ou se dégrader.

Les scientifiques du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie (DOE) conçoivent des moyens de traiter les membranes afin qu'elles puissent mieux filtrer les liquides et résister à la dégradation causée par les produits chimiques de traitement industriel et les biosalissures. La technique brevetée de synthèse par infiltration séquentielle (SIS) d'Argonne peut modifier fondamentalement une membrane de l'intérieur, permettant un contrôle beaucoup plus grand sur sa composition chimique et la taille de ses pores.

SIS s'est montré prometteur pour la fabrication de semi-conducteurs, revêtements optiques et éponges qui nettoient les déversements de pétrole. Maintenant, pour la première fois, Les chercheurs d'Argonne ont démontré la viabilité de la technique pour les membranes.

Conçu pour la première fois en 2010 par des chercheurs d'Argonne, SIS est un cousin du dépôt de couche atomique, ou ALD. Les deux techniques utilisent des vapeurs chimiques pour modifier l'interface d'un matériau tel qu'une membrane.

"Mais il y a une lacune importante d'ALD pour cette application, " dit Seth Darling, directeur de l'Institut d'ingénierie moléculaire d'Argonne et du Centre de recherche sur les matériaux avancés pour les systèmes Énergie-Eau Energy Frontier. « Lorsque vous recouvrez les pores d'une membrane avec une technique comme l'ALD, vous les comprimez."

C'est parce qu'ALD ajoute essentiellement des couches au-dessus de la membrane, ce qui diminue lentement le diamètre des pores, de la même manière que vous restreindriez le flux d'air à travers un évent dans le mur si vous continuiez à peindre dessus. SIS, d'autre part, fait croître le matériau à l'intérieur de la structure de la membrane elle-même, changer sa chimie sans affecter de manière significative la forme des pores.

« SIS peut réaliser de nombreuses choses qu'ALD peut réaliser en termes d'ingénierie de l'interface, " Chéri a dit, "mais avec une constriction minimale des pores."

Presque toutes les membranes commerciales sont constituées de polymères, de grosses molécules formées de chaînes répétées de molécules plus petites. SIS utilise l'espace entre ces molécules, pénétrant la surface de la membrane et diffusant dans celle-ci un matériau inorganique. Dans leur preuve de concept, Darling et ses collègues ont utilisé le SIS pour planter les "graines" d'oxyde d'aluminium et les ont cultivés dans des membranes d'ultrafiltration (UF) en polyéthersulfone (PES), les rendant plus résistants sans compromettre la capacité de filtration. Les résultats ont été publiés en ligne le 24 septembre dans JOM, le journal des Minéraux, Société des métaux et des matériaux.

La technique SIS permet une série d'améliorations aux membranes :la capacité d'empêcher les salissures de se fixer à la surface, par exemple, ou la résistance aux solvants qui pourraient être nécessaires dans un environnement industriel mais qui dissoudraient les matériaux membranaires conventionnels.

La possibilité de concevoir des membranes de cette manière peut aider à réduire les coûts dans les usines de traitement de l'eau ou dans les industries chimiques et pharmaceutiques en réduisant les temps d'arrêt et les coûts associés au remplacement des membranes usagées.

Darling et ses collègues ont utilisé SIS pour créer Oleo Sponge, qui capte le pétrole de l'eau. Dans ce cas, un oxyde métallique développé à la surface de l'éponge sert de site de greffage pour les molécules oléophiles.

"Vous pouvez imaginer une stratégie similaire avec les membranes, " il a dit, « Où vous greffez des molécules pour leur apporter une certaine sélectivité ou d'autres propriétés que vous recherchez. »