Figure 1 :images MEB et diagramme montrant la formation de la couche de silice ultrafine sur la membrane poreuse. Crédit :Université de Kobe
Des chercheurs dirigés par le professeur Matsuyama Hideto et le professeur Yoshioka Tomohisa du Centre de recherche sur la technologie des membranes et des films de l'Université de Kobe ont réussi à développer une membrane ultrafine avec un traitement de surface à la silice résistant à l'encrassement pour une séparation haute performance de l'huile de l'eau. Par ailleurs, cette membrane s'est avérée polyvalente; il était capable de séparer l'eau d'une grande variété de substances huileuses différentes. Les résultats ont été publiés en ligne dans le Journal de la chimie des matériaux A le 3 octobre 2019.
Le développement de la technologie pour séparer le pétrole de l'eau est crucial pour faire face aux déversements de pétrole et à la pollution de l'eau générée par diverses industries. D'ici 2025, il est prévu que les deux tiers de la population mondiale n'auront pas un accès suffisant à l'eau potable. Par conséquent, les technologies pour filtrer les émulsions huileuses et ainsi augmenter la quantité d'eau propre disponible sont essentielles.
Par rapport aux méthodes de purification traditionnelles, y compris la centrifugation et la coagulation chimique, la séparation par membrane a été proposée comme une méthode peu coûteuse, alternative économe en énergie. Bien que cette technologie ait été considérablement développée, la plupart des membranes souffrent de problèmes d'encrassement, les gouttelettes d'huile étant irréversiblement absorbées à la surface. Cela conduit à un blocage des pores de la membrane, réduisant ainsi sa durée de vie et son efficacité.
Une méthode pour atténuer les problèmes d'encrassement consiste à ajouter des traitements de surface à la membrane. Cependant, de nombreuses expériences avec cette méthode ont rencontré des problèmes tels que des changements dans la structure de surface d'origine et la détérioration de la couche de surface traitée par un acide fort, solutions alcalines et salines. Ces problèmes limitent les applications pratiques de telles membranes dans les conditions difficiles du traitement des eaux usées.
Figure 2 :Diverses émulsions huileuses avant (à gauche) et après (à droite) la perméation membranaire. Crédit :Université de Kobe
Dans cette étude, les chercheurs ont réussi à développer une membrane constituée d'un support poreux en polycétone (PK) avec une couche de silice de 10 nanomètres d'épaisseur appliquée sur la surface supérieure (Figure 1). Cette couche de silice a été formée sur les fibrilles de PK en utilisant l'attraction électrostatique - la silice chargée négativement a été attirée vers le PK chargé positivement.
La membrane PK a une perméance à l'eau élevée en raison de ses pores larges et de sa porosité élevée. Le processus de silicification - l'ajout de silice sur les fibrilles PK - fournit un revêtement oléofuge puissant pour protéger la membrane modifiée en surface contre les problèmes d'encrassement.
Un autre avantage de cette membrane est qu'elle ne nécessite aucune application de pression importante pour obtenir une pénétration d'eau élevée. La membrane présentait une perméation d'eau par gravité, même lorsqu'un niveau d'eau aussi bas que 10 cm (avec une pression d'environ 0,01 atm) était utilisé. En outre, la membrane développée a été capable de rejeter 99,9 % des gouttelettes d'huile, y compris celles d'une taille de 10 nanomètres. En utilisant cette membrane d'une superficie de 1 m 2 , 6000 litres d'eaux usées peuvent être traités en une heure sous une pression appliquée de 1 atm. Il s'est également avéré efficace pour séparer l'eau de différentes émulsions huileuses (Figure 2).
Comme mentionné, la silification a fourni un revêtement oléofuge solide. A travers les expérimentations réalisées sur la membrane pour tester sa durabilité à l'encrassement, il a été découvert que l'huile ne s'adsorbait pas sur la surface et que les gouttelettes d'huile pouvaient être facilement nettoyées (figure 3). Cette membrane a montré une grande tolérance contre une variété d'acides, alcalin, solutions de solvant et de sel.
Figure 3 :Essais d'adhérence dynamique de surface et d'autonettoyage de la membrane préparée. Crédit :Université de Kobe
La membrane ultrafine développée par ce groupe de recherche a démontré une séparation efficace de l'eau des émulsions huileuses, en plus de la résistance anti-fouling. La technologie de séparation des émulsions est indispensable dans la lutte contre la pollution de l'eau et les pénuries d'eau propre. On espère que ce développement pourra être utilisé dans le traitement des eaux usées de l'industrie.
