Tirer l'eau potable de l'eau de mer, le traitement des eaux usées et la dialyse rénale ne sont que quelques processus importants qui utilisent une technologie appelée filtration membranaire.

La clé du processus est le filtre à membrane, une fine film semi-poreux qui laisse passer certaines substances comme l'eau tout en en séparant d'autres, substances indésirables. Mais au cours des 30 dernières années, il n'y a pas eu d'améliorations significatives dans les matériaux qui composent les couches clés des filtres à membrane produits commercialement.

Maintenant, Des chercheurs de l'UCLA ont développé une nouvelle technique appelée décollage en couche mince, ou T-FLO, pour créer des filtres à membrane. L'approche pourrait offrir un moyen pour les fabricants de produire des membranes plus efficaces et économes en énergie en utilisant des plastiques haute performance, charpentes organométalliques et matériaux carbonés. À ce jour, les limitations dans la façon dont les filtres sont fabriqués ont empêché ces matériaux d'être viables dans la production industrielle.

Une étude décrivant le travail est publiée dans la revue Lettres nano .

"Il y a beaucoup de matériaux là-bas qui dans le laboratoire peuvent faire de belles séparations, mais ils ne sont pas évolutifs, " a déclaré Richard Kaner, Dr. Myung Ki Hong, professeur d'innovation des matériaux de l'UCLA et auteur principal de l'étude. « Avec cette technique, nous pouvons prendre ces matériaux, réaliser des films minces évolutifs, et les rendre utiles."

En plus de leur potentiel d'amélioration des types de filtration qui sont effectués à l'aide de la technologie actuelle, les membranes produites à l'aide de T-FLO pourraient rendre possible un éventail de nouvelles formes de filtration, dit Kaner, qui est également un éminent professeur de chimie et de biochimie, et de la science et de l'ingénierie des matériaux, et membre du California NanoSystems Institute de l'UCLA. Par exemple, la technique pourrait un jour permettre de retirer le dioxyde de carbone des émissions industrielles, ce qui permettrait de convertir le carbone en carburant ou d'autres applications tout en réduisant la pollution.

Les filtres comme ceux utilisés pour le dessalement sont appelés membranes asymétriques en raison de leurs deux couches :une couche « active » fine mais dense qui rejette les particules plus grosses qu'une taille spécifique, et une couche de "support" poreuse qui donne à la membrane une structure et lui permet de résister aux hautes pressions utilisées dans l'osmose inverse et d'autres procédés de filtrage. La première membrane asymétrique pour le dessalement a été conçue par les ingénieurs de l'UCLA dans les années 1960.

Les membranes asymétriques actuelles sont réalisées en coulant la couche active sur la couche support, ou lancer les deux simultanément. Mais pour fabriquer une couche active en utilisant des matériaux plus avancés, les ingénieurs doivent utiliser des solvants ou une chaleur élevée, qui endommagent la couche de support ou empêchent la couche active d'adhérer.

Dans la technique T-FLO, la couche active est coulée sous forme liquide sur une feuille de verre ou de métal et durcie pour rendre la couche active solide. Prochain, une couche de support en époxy renforcé de tissu est ajoutée et la membrane est chauffée pour solidifier l'époxy.

L'utilisation d'époxy dans la couche de support est l'innovation qui distingue la technique T-FLO - elle permet de créer la couche active en premier afin qu'elle puisse être traitée avec des produits chimiques ou à haute température sans endommager la couche de support.

La membrane est ensuite immergée dans l'eau pour éliminer les produits chimiques qui induisent des pores dans l'époxyde et pour détacher la membrane du verre ou de la tôle.

Finalement, la membrane est décollée de la plaque à l'aide d'une lame, le « liftoff » qui donne son nom à la méthode.

"Les chercheurs du monde entier ont démontré de nombreux nouveaux matériaux passionnants qui peuvent séparer les sels, gaz et matières organiques plus efficacement que ce qui se fait industriellement, " a déclaré Brian McVerry, un chercheur postdoctoral de l'UCLA qui a inventé le processus T-FLO et est le co-premier auteur de l'étude. "Toutefois, ces matériaux sont souvent fabriqués dans des films relativement épais qui effectuent les séparations trop lentement ou dans de petits échantillons difficiles à mettre à l'échelle industriellement.

« Nous avons démontré une plate-forme qui, selon nous, permettra aux chercheurs d'utiliser leurs nouveaux matériaux dans un mince, configuration de membrane asymétrique, testable dans des applications réelles."

Les chercheurs ont testé une membrane produite à l'aide de T-FLO pour éliminer le sel de l'eau, et il s'est avéré prometteur pour résoudre l'un des problèmes courants de dessalement, c'est-à-dire que les microbes et autres matières organiques peuvent obstruer les membranes. Bien que l'ajout de chlore à l'eau puisse tuer les microbes, le produit chimique provoque également la rupture de la plupart des membranes. Dans l'étude, la membrane T-FLO rejetait à la fois le sel et résistait au chlore.

Dans d'autres expériences, la nouvelle membrane était également capable d'éliminer les matières organiques des déchets de solvants et de séparer les gaz à effet de serre.