L'un des plus grands défis de l'humanité en ce moment est de réduire nos émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Des groupes de recherche du monde entier tentent de trouver des moyens de séparer efficacement le dioxyde de carbone (CO 2 ) à partir du mélange de gaz émis par les installations industrielles et les centrales électriques. Parmi les nombreuses stratégies pour y parvenir, la séparation membranaire est un option peu coûteuse; il s'agit d'utiliser des membranes polymères qui filtrent sélectivement le CO 2 à partir d'un mélange de gaz.

Des études récentes se sont concentrées sur l'ajout de faibles quantités de structures métallo-organiques (MOF) dans des matrices polymères pour améliorer leurs propriétés. Les MOF sont des composés constitués d'un centre métallique lié à des molécules organiques de manière très ordonnée, produisant des cristaux poreux. Lorsqu'il est ajouté aux membranes polymères, Les MOF peuvent améliorer leurs performances de séparation des gaz ainsi que leur stabilité et leur tolérance aux conditions difficiles. Cependant, l'un des principaux enjeux de l'intégration des MOF dans les membranes polymères est de trouver des composés compatibles avec des interactions favorables, telles que les liaisons covalentes. Malheureusement, celles qui ont été essayées nécessitent une synthèse et des matériaux très coûteux.

Pour s'attaquer à ce problème, une équipe internationale de scientifiques a récemment mené une étude publiée dans Matériaux et interfaces appliqués ACS . Dirigé par le professeur Tae-Hyun Kim de l'Université nationale d'Incheon, Corée, les scientifiques se sont concentrés sur l'incorporation d'un MOF à base de zirconium appelé « UiO-66 » dans une matrice multipolymère qu'ils avaient précédemment développée. Ils y sont parvenus en modifiant les MOF afin qu'ils forment facilement des liaisons covalentes avec les brins principaux de la matrice polymère.

Les scientifiques ont synthétisé UiO-66-NB, qui est UiO-66 avec des unités norbornène, une petite molécule organique. Grâce à un processus de synthèse simple, les unités norbornène peuvent devenir des maillons dans les principales chaînes polymères de la matrice. De cette façon, le norbornène dans UiO-66-NB incorpore les MOF dans la matrice, comme l'explique le professeur Kim, "Au lieu de simplement mélanger les MOF et les polymères, nous avons trouvé une méthode nouvelle et efficace pour incorporer des MOF dans la matrice polymère via des liaisons covalentes; cela renforce les interactions aux interfaces des deux composés et crée des matrices polymères sans défaut."

Les caractéristiques et les performances des membranes polymères remplies de MOF étaient exceptionnelles :leur perméabilité au CO 2 a été amélioré sans compromettre significativement sa sélectivité. Leur CO 2 /N 2 les performances de séparation se sont approchées de la limite supérieure théorique de Robeson fixée en 2019. De plus, les membranes n'étaient pas seulement remarquablement tolérantes aux conditions difficiles telles que la haute pression ou la commutation de température, mais aussi très stable sur de longues périodes de temps de près d'un an.

Ces réalisations sont un pas dans la bonne direction vers l'élimination des obstacles à la commercialisation auxquels ces membranes polymères sont confrontées pour les applications industrielles. Enthousiasmé par les résultats, Le professeur Kim remarque, "Nous pensons que nos découvertes ouvriront de nouvelles stratégies pour évaluer les interfaces potentielles entre les MOF et les matrices polymères pour une séparation de gaz haute performance."

Espérons que cette technologie continue d'évoluer afin que nous puissions garder l'excès de CO 2 loin de notre atmosphère!