Une équipe internationale de chercheurs a découvert qu'il peut augmenter considérablement la capacité d'un polymère existant à éliminer sélectivement le dioxyde de carbone (CO 2 ) des mélanges gazeux en immergeant d'abord le matériau dans de l'eau liquide.

"Normalement, l'amélioration de la perméabilité d'un gaz à travers un matériau altère la sélectivité du matériau, " dit Rich Spontak, auteur co-correspondant d'un article sur le travail et professeur émérite de génie chimique et biomoléculaire et professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la North Carolina State University. "Pour expliquer cela en utilisant le CO 2 par exemple, plus les gaz peuvent traverser facilement un matériau, moins le matériau est généralement capable d'éliminer le CO 2 à partir d'un mélange gazeux. Il laisse passer le CO 2 , mais il laisse aussi passer d'autres gaz. Il existe un réel compromis lors de la conception de polymères destinés à être utilisés comme membranes de séparation de gaz.

"Ce qui est remarquable dans notre découverte, c'est que nous avons pu améliorer considérablement le CO du polymère 2 perméabilité tout en améliorant légèrement son CO 2 sélectivité. Et le processus qui a conduit à cette amélioration substantielle était lié à la transformation de la microstructure de la membrane de manière peu coûteuse et non toxique :nous avons immergé le matériau dans l'eau. »

Membranes polymères capables de filtrer le CO 2 sont souhaitables pour une utilisation dans une variété d'applications, comme l'élimination du CO 2 du gaz naturel et séquestrant le CO 2 afin de limiter les émissions des installations industrielles.

Le polymère en cause ici est un élastomère thermoplastique recyclable, relativement dur, et s'est avéré avoir des propriétés souhaitables pour un large éventail de technologies contemporaines. Pour ce travail, les chercheurs ont cherché à voir comment la morphologie du matériau - comment les séquences moléculaires comprenant les molécules de polymère sont disposées les unes par rapport aux autres - affecte ses performances en tant que CO 2 -membrane sélective.

La perméabilité des gaz à travers les polymères est fréquemment mesurée en unités Barrer. Une fois sec, la perméabilité du CO 2 à travers le polymère examiné dans le document est inférieur à 30 Barrer. Des travaux antérieurs rapportés par les membres de l'équipe avaient montré que l'inclusion de vapeur d'eau dans l'alimentation pouvait améliorer le CO 2 perméabilité, l'augmenter jusqu'à 100-190 Barrer à des niveaux d'humidité relative supérieurs à 85%.

"Avec ces nouveaux résultats, nous avons montré que nous pouvons atteindre une perméabilité de près de 500 Barrer à 90% d'humidité, " dit Liyuan Deng, Professeur de génie chimique à l'Université norvégienne des sciences et de la technologie et co-auteur de l'article. "À la fois, la sélectivité du CO 2 par rapport à l'azote (N 2 ) augmente jusqu'à ~60. En comparaison, les meilleures membranes polymères commerciales pouvant être utilisées pour le CO 2 capture possèdent une perméabilité jusqu'à ~200 Barrer et un CO 2 /N 2 sélectivité jusqu'à ~50. Il est très important que ces deux mesures de performance soient prises en compte simultanément pour obtenir des membranes compétitives.

« Ce travail démontre le potentiel du polymère pour une utilisation dans les technologies de séparation des gaz industriels et de capture du carbone, avec des avantages à la fois pour l'efficacité de la fabrication et les efforts pour atténuer le changement climatique mondial. Il fournit également une voie inexplorée et facile par laquelle transformer la morphologie d'une membrane polymère et obtenir une amélioration considérable des propriétés de transport de gaz. »

Le papier, "Membranes hautement perméables au CO2 dérivées d'un polymère multibloc midblock-sulfoné après immersion dans l'eau, " est publié dans la revue NPG Asie Matériaux .