Une équipe de chercheurs de l'Université du Minnesota a surmonté un obstacle majeur dans la recherche d'un type spécialisé de tamis moléculaire qui pourrait permettre la production d'essence, plastiques et divers produits chimiques plus rentables et écoénergétiques. La recherche de pointe, dirigé par le professeur de génie chimique et de science des matériaux Michael Tsapatsis au Collège des sciences et de l'ingénierie de l'université, est publié dans le dernier numéro de la revue Science .

Après plus d'une décennie de recherche, l'équipe a mis au point un moyen de développer des autoportants, des nanofeuillets de zéolite ultra-minces qui, en tant que films minces, peuvent accélérer le processus de filtration et nécessitent moins d'énergie. L'équipe a un brevet provisoire et espère commercialiser la technologie.

« En plus de la recherche sur les nouveaux carburants renouvelables, produits chimiques et plastiques naturels, nous devons également examiner les processus de production de ces produits et d'autres que nous utilisons actuellement et essayer de trouver des moyens d'économiser l'énergie, ", a déclaré Tsapatsis.

La séparation de substances mélangées peut exiger des quantités considérables d'énergie, actuellement estimées à environ 15 % de la consommation totale d'énergie, dont une partie est gaspillée en raison de l'inefficacité des processus. En jours de carburant abondant et bon marché, ce n'était pas une considération majeure lors de la conception de procédés de séparation industriels tels que la distillation pour purifier l'essence et les précurseurs de polymères. Mais à mesure que les prix de l'énergie augmentent et que les politiques favorisent l'efficacité, le besoin d'alternatives plus économes en énergie s'est accru.

Une option prometteuse pour des séparations plus économes en énergie est la séparation moléculaire à haute résolution avec des membranes. Ils sont basés sur l'adsorption préférentielle et/ou le tamisage de molécules présentant des différences de taille et de forme infimes. Parmi les candidats aux membranes de séparation sélective, les matériaux zéolitiques (cristaux avec des pores de taille moléculaire) sont particulièrement prometteurs.

Alors que les zéolites sont utilisées comme adsorbants et catalyseurs depuis plusieurs décennies, il y a eu des défis importants dans le traitement des matériaux zéolitiques en feuilles étendues qui restent intactes. Pour activer la technologie d'économie d'énergie, les scientifiques avaient besoin de développer des méthodes de dépôt fiables et évolutives pour la formation de zéolite en couche mince.

L'équipe de l'Université du Minnesota a utilisé des ondes sonores dans un processus de centrifugation spécialisé pour développer des « tapis » de nanofeuillets de type cristal floconneux qui ne sont pas seulement plats, mais ont juste la bonne quantité d'épaisseur. Le produit résultant peut être utilisé pour séparer des molécules comme tamis ou comme barrière membranaire dans les applications de recherche et industrielles.

"Nous pensons que cette découverte est très prometteuse dans les applications commerciales, " a déclaré Kumar Varoon, un doctorat en génie chimique et science des matériaux de l'Université du Minnesota. candidat et l'un des principaux auteurs de l'article publié dans Science. "Ce matériau a une bonne couverture et est très fin. Il pourrait réduire considérablement les coûts de production dans les raffineries et économiser de l'énergie."