Une équipe internationale de chercheurs, dont des scientifiques de l'Université de Shinshu (Japon) et le directeur du Penn State's ATOMIC Center, a développé un revêtement à base de graphène pour les membranes de dessalement qui est plus robuste et évolutif que les technologies membranaires de nanofiltration actuelles. Le résultat pourrait être une membrane robuste et pratique pour les solutions d'eau propre ainsi que la séparation des protéines, le traitement des eaux usées et les applications de l'industrie pharmaceutique et alimentaire.

"Notre rêve est de créer une membrane intelligente qui combine des débits élevés, haute efficacité, longue durée de vie, auto-cicatrisante et élimine l'encrassement bio et inorganique afin de fournir des solutions d'eau propre pour les nombreuses régions du monde où l'eau propre est rare, " dit Mauricio Terrones, professeur de physique, chimie et science et ingénierie des matériaux, État de Penn. "Ce travail nous mène dans cette direction."

La membrane hybride que l'équipe a développée utilise une technologie de pulvérisation simple pour enrober un mélange d'oxyde de graphène et de graphène en quelques couches en solution sur une membrane de support de squelette en polysulfone modifiée avec de l'alcool polyvinylique. La membrane support a augmenté la robustesse de la membrane hybride, qui a su résister à des courants croisés intenses, haute pression et exposition au chlore. Même aux premiers stades de développement, la membrane rejette 85 pour cent de sel, suffisant à des fins agricoles mais pas à boire, et 96 pour cent des molécules de colorant. Les colorants hautement polluants issus de la fabrication de textiles sont couramment rejetés dans les rivières de certaines régions du monde.

Le chlore est généralement utilisé pour atténuer l'encrassement biologique des membranes, mais le chlore dégrade rapidement les performances des membranes polymères actuelles. L'ajout de quelques couches de graphène rend la nouvelle membrane très résistante au chlore.

Le graphène est connu pour avoir une résistance mécanique élevée, et le graphène poreux devrait avoir un rejet de sel à 100 pour cent, ce qui en fait un matériau potentiellement idéal pour les membranes de dessalement. Cependant, La mise à l'échelle du graphène à des quantités industrielles présente de nombreux défis, notamment le contrôle des défauts et le besoin de techniques de transfert complexes nécessaires pour gérer le matériau bidimensionnel. Les travaux actuels tentent de surmonter les problèmes d'évolutivité et de fournir un membrane de haute qualité à l'échelle de la fabrication.

Le travail a été effectué au Global Aqua Innovation Center et à l'Institut des sciences et technologies du carbone de l'Université de Shinshu, Nagano, Japon, où Terrones est également professeur distingué invité. L'équipe comprend les chercheurs Aaron Morelos-Gomez, Josue Ortiz-Medina et Rodolfo Cruz-Silva, ancien doctorat étudiants de Terrones. Morelos-Gomez est l'auteur principal d'un article publié en ligne le 28 août dans Nature Nanotechnologie décrivant leur travail intitulé « NaCL efficace et rejet de colorant des membranes en couches hybrides d'oxyde de graphène / graphène ». Les chercheurs japonais, Hiroyuki Muramatsu, Takumi Araki, Tomoyuki Fukuyo, Syogô Tejima, Kenji Takeuchi, et Takuya Hayashi, étaient également dirigés par le professeur Morinobu Endo.

Le premier auteur Aaron Morelos-Gomez dit :"Notre membrane surmonte la solubilité dans l'eau de l'oxyde de graphène en utilisant de l'alcool polyvinylique comme adhésif, ce qui la rend résistante aux forts débits d'eau et aux pressions élevées. En mélangeant l'oxyde de graphène avec du graphène, nous pourrions également améliorer considérablement sa résistance chimique."

Le professeur Morinobu Endo conclut que "c'est le premier pas vers des membranes plus efficaces et intelligentes qui pourraient s'auto-adapter en fonction de leur environnement".