Représentations schématiques de membranes avec des structures de canaux ordonnées (à gauche) et désordonnées (à droite). Crédit :Xavier Pita
Éliminer la vapeur d'eau de l'air et d'autres mélanges gazeux, ce qui est crucial pour de nombreux procédés industriels et la climatisation, pourrait devenir moins cher et plus efficace grâce à la technologie des membranes polymères maintenant développée à KAUST.
"Nous avons réalisé un film polymère avec une perméabilité extrêmement élevée pour la vapeur d'eau tout en présentant une barrière efficace pour les autres gaz, " explique Faheem Akhtar, un doctorat KAUST étudiant.
Les chercheurs ont trouvé un moyen de créer de minuscules nanocanaux dans la structure membranaire qu'ils décrivent comme des autoroutes pour les molécules d'eau. Les canaux attirent l'eau et la détournent pour l'extraction, laissant derrière eux des gaz secs. "Le transport de l'eau est extrêmement rapide, " ajoute Akhtar. Les membranes sont composées d'un polymère commercial appelé NexarTM. Il s'agit d'un copolymère séquencé qui s'assemble lorsque des blocs courts d'une unité moléculaire répétitive deviennent séquentiellement liés à des blocs courts d'un autre type d'unité. La structure chimique des blocs contrôle la interaction avec la vapeur d'eau et d'autres gaz.
L'innovation clé, cependant, a été la découverte que la structure fine des bosses et des crêtes dans les membranes peut être contrôlée en faisant varier les conditions dans lesquelles le polymère s'auto-assemble. Le changement des solvants utilisés lors de la formation du polymère génère des membranes avec une variété de canaux ordonnés ou désordonnés (voir images).
Images de micrographie électronique de membranes avec des structures de canaux ordonnées (à gauche) et désordonnées (à droite). Crédit :Elsevier
« Obtenir la bonne morphologie de polymère était très difficile et intéressant, " explique le chef d'équipe Klaus-Viktor Peinemann. Il explique que le polymère contient des sections respectueuses de l'eau et hydrofuges. Lorsqu'il est préparé avec des solvants appropriés, les sections respectueuses de l'eau s'orientent comme des perles sur un fil, formant les autoroutes pour le transport de l'eau.
« Il nous a fallu beaucoup de temps pour trouver les bonnes conditions, » précise Akhtar. Pour réussir, la compréhension théorique de l'interaction chimique entre les solvants choisis et le polymère a été combinée avec pas mal d'essais et d'erreurs. Par la science et la persévérance, les chercheurs ont finalement identifié une procédure pour créer des structures ordonnées qui multiplient par six la perméabilité à l'eau par rapport aux membranes désordonnées.
Après avoir démontré le potentiel de base de la technologie membranaire, l'équipe prévoit maintenant d'étendre le processus de fabrication et de le tester dans des applications industrielles réalistes. Les opportunités commerciales sont considérables. Des méthodes de déshumidification plus efficaces pourraient réduire considérablement la consommation d'énergie d'une procédure énergivore.
