Une équipe dirigée par des chercheurs de l'Imperial College de Londres a étudié comment les molécules d'eau se déplacent dans un espace confiné, dans ce cas à travers une membrane en polyamide (PA) utilisée pour éliminer le sel de l'eau de mer afin de produire de l'eau douce.

L'étude pourrait avoir un impact significatif sur les processus de purification et de dessalement de l'eau, qui sont importants pour l'eau potable et l'eau utilisée pour les processus industriels, y compris dans l'agriculture et les systèmes énergétiques.

On pensait auparavant que l'eau se comporte à l'intérieur des membranes de la même manière que lorsqu'elle n'est pas piégée, comme lorsque l'eau est conservée dans un verre, mais cela semblait peu probable au professeur Joao Cabral, auteur principal de l'étude, de Département de génie chimique de l'Impériale.

Le professeur Cabral dit que "cela me semblait tout simplement déraisonnable - qu'une molécule confinée dans des espaces à peine plus grands que la taille des molécules elles-mêmes se déplace comme si elle n'était pas encombrée."

L'équipe de recherche a utilisé une technique expérimentale appelée diffusion quasi-élastique et inélastique des neutrons dans un réacteur nucléaire pour mesurer la géométrie des mouvements moléculaires de l'eau et déterminer plusieurs coefficients de diffusion, c'est-à-dire la vitesse à laquelle l'eau se diffusait à travers le matériau de la membrane.

Cela leur a permis de comprendre ce qui se passait au niveau moléculaire, les chercheurs mesurant les interactions entre les neutrons et un échantillon pour interpréter les propriétés des molécules d'eau.

Le professeur Cabral a noté que ces types d'expériences complexes ne sont réalisables que grâce à une collaboration internationale, en l'occurrence grâce à un travail avec des experts de l'Institut Laue-Langevin à Grenoble, en France.

Concevoir la prochaine génération de membranes

L'importance de l'étude est qu'elle permettra aux ingénieurs qui conçoivent la prochaine génération de membranes pour le dessalement et la purification de l'eau d'ancrer leur travail avec des mesures précises.

Le professeur Cabral a déclaré que "les gens essaient de concevoir de nouveaux matériaux et la façon de le faire peut être par essais et erreurs, donc les ingénieurs essaieront de combiner différents matériaux jusqu'à ce qu'ils obtiennent des propriétés supérieures."

"Cette méthode empirique a pratiquement suivi son cours, car les membranes actuelles pour le dessalement industriel à grande échelle sont encore largement basées sur celles développées dans les années 1970."

"Le domaine a atteint un point où quelque chose de nouveau doit arriver."

L'une des façons de concevoir de nouveaux matériaux consiste à utiliser des simulations informatiques, mais ces simulateurs n'avaient auparavant pas accès à des mesures expérimentales rigoureuses pour ancrer leur travail.

Le chercheur impérial a ajouté que leur "étude permet désormais à quiconque souhaite imaginer de nouveaux matériaux d'ancrer et de valider son travail avec ces valeurs très précises de la vitesse à laquelle l'eau peut se déplacer à travers la membrane et avec quels mécanismes l'eau peut se déplacer à travers ce plastique. feuille."

L'étude, qui comprenait également des chercheurs de l'University College London et de l'Université Queen Mary de Londres, a été menée à l'aide d'une membrane en polyamide (PA). La prochaine étape de la recherche consisterait donc à examiner le comportement des molécules d'eau dans d'autres membranes.

Le professeur Cabral a déclaré que l'équipe de recherche aimerait également examiner le comportement des molécules d'eau dans d'autres scénarios, par exemple lorsqu'elles sont soumises à différents niveaux de pression ou lorsque différents types de sels sont retirés de l'eau.

La recherche est publiée dans Nature Communications . + Explorer plus loin

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