La membrane à ossature organométallique à matrice mixte orientée élimine efficacement le sulfure d'hydrogène et le dioxyde de carbone du gaz naturel de manière économe en énergie. Crédit :2022, KAUST
Élimination sélective des gaz nocifs, par exemple le sulfure d'hydrogène (H2 S) et le dioxyde de carbone (CO2 ) à partir de gaz naturel (CH4 ) pourraient devenir plus simples et très efficaces en utilisant une nouvelle classe de membranes métallo-organiques à matrice mixte orientée (MMMOF) développées à KAUST qui pourraient permettre une meilleure utilisation de ce combustible fossile plus propre.
Les avantages de la technologie membranaire par rapport à la séparation traditionnelle (par exemple, la distillation cryogénique et la séparation par adsorption) sont qu'elle est économe en énergie et plus simple à utiliser. Les membranes à matrice mixte (MMM) formées par un adsorbant sélectif intégré dans une matrice polymère continue représentent une combinaison attrayante des adsorbants et un traitement facile des polymères.
"Notre réalisation, l'alignement dans le plan des nanofeuilles MOF à l'intérieur de la matrice polymère et la traduction réussie des propriétés de séparation distinctes de l'adsorbant dans une matrice transformable sont révolutionnaires", déclare Shuvo Datta.
Les MOF sont des matériaux hybrides organiques-inorganiques qui contiennent des ions métalliques ou des clusters maintenus en place par des molécules organiques appelées lieurs. La variation de ces parties permet aux chercheurs de créer une ouverture de pore appropriée qui permet la sorption et/ou la diffusion sélective d'un gaz sur un autre en fonction de leur taille.
"Ces matériaux cristallins sont difficiles à transformer en une membrane continue orientée sans défaut, mais nous avons développé une méthode simple de coulée en solution pour les transformer", explique Mohamed Eddaoudi.
Les MMM conventionnels subissent souvent une incompatibilité d'interface nanoparticule-polymère, et les canaux ou les pores des adsorbants sont orientés de manière aléatoire, ce qui entrave la séparation des gaz. Pour éviter ces limitations, les membranes MMMOF ont été conçues et construites sur la base de trois critères interdépendants :(i) un MOF fluoré (KAUST-8), en tant qu'adsorbant à tamis moléculaire qui améliore sélectivement le H2 S et CO2 diffusion en excluant CH4; (ii) adapter la morphologie cristalline MOF en nanofeuilles avec un canal 1D exposé au maximum et favoriser une interaction nanofeuille-polymère ; et (iii) alignement dans le plan des nanofeuilles dans la matrice polymère et réalisation de la membrane MMMOF uniformément orientée.
La membrane MMMOF a démontré un bien meilleur H2 S et CO2 séparation du gaz naturel dans des conditions de travail pratiques (par exemple, haute pression, haute température, durée prolongée de 30 jours, etc.) par rapport aux MMM conventionnels.
"In fact, this centimeter-scale flexible oriented membrane can be regarded as a single piece of a flexible crystal in which thousands of MOF nanosheets are uniformly aligned in a predefined crystallographic direction and the gaps between aligned nanosheets are filled with polymer. It's the first of its kind," says Shuvo Datta.
"I have no doubt that this discovery will inspire scientists in academia and industry to explore various practical membranes to address numerous industrial energy-intensive separations," says Mohamed Eddaoudi.
The study is published in Science , and the team now wants to scale up their procedure to demonstrate its commercial potential. They will also seek to apply it to other important industrial gas separation processes. Les scientifiques se sont fait les dents sur une nouvelle technologie de séparation
