Graphène, une fine feuille d'atomes de carbone qui se forme en nid d'abeille, est considéré comme un matériau miracle plus résistant que l'acier. Crédit :Shutterstock
Des chercheurs de l'UNSW ont montré comment une nouvelle classe de membranes à faible coût à base de graphène, un type de filtre utilisé dans les secteurs industriels qui génèrent d'énormes gaz résiduaires mélangés, tels que les déchets plastiques solides, biodéchets ou eaux usées - peuvent être réglés de manière sélective pour séparer différents gaz des mélanges gazeux.
L'équipe, dirigé par le Dr Rakesh Joshi dans UNSW Science, espère que sur la piste, ils pourront utiliser ces filtres pour séparer et capturer les gaz qui ont été considérés comme des déchets, et donc améliorer la façon dont nous utilisons les ressources en gaz résiduaires.
Le papier, publié ce mois-ci dans Matériaux avancés , décrit les résultats obtenus en laboratoire, sur un prototype. Les chercheurs souhaitent maintenant développer davantage le filtre pour le rendre disponible pour l'industrie.
Spécifiquement, l'équipe a étudié des filtres à base d'oxyde de graphène qui, contrairement à tout autre filtre actuel, contenaient du fer.
"Graphène, une fine feuille d'atomes de carbone qui se forme en nid d'abeille, est considéré comme un matériau miracle plus résistant que l'acier. Dans cet ouvrage, nous avons essentiellement incorporé du fer dans des filtres à oxyde de graphène, profitant du fait que ces membranes sont ultra-minces, " déclare le chercheur principal, le Dr Rakesh Joshi.
"Nous avons découvert que cette amélioration de la capacité de l'oxyde de graphène à transporter le gaz. Il s'avère que l'ajout de fer - qui est ce que nous appelons un métal de transition - aux membranes d'oxyde de graphène nous a permis de séparer différents gaz plus efficacement qu'avec d'autres types de filtres.
"En particulier, le matériau était excellent pour améliorer la perméance, c'est-à-dire la vitesse de transport d'une molécule de gaz à travers le filtre et la sélectivité, qui représente l'efficacité avec laquelle le gaz est séparé du mélange pendant le transport. En réalité, notre filtre a une sélectivité sans précédent."
Séparer le dioxyde de carbone de l'azote
Les chercheurs affirment que le filtre décrit dans cet article leur a également permis de récupérer des ressources précieuses en séparant sélectivement le dioxyde de carbone de l'azote.
« L'azote hautement purifié est largement utilisé dans le traitement des matériaux, par exemple, dans la fabrication de semi-conducteurs, ainsi que dans l'électronique, synthétique, et les industries médicales, " dit Xioheng Jin, le premier auteur de l'article.
"Le dioxyde de carbone est l'une des impuretés les plus conventionnelles dans les produits gazeux. La plupart des méthodes actuelles pour éliminer le CO
Compte tenu des résultats prometteurs, les chercheurs espèrent que leurs découvertes ouvriront de nouvelles voies pour séparer efficacement le dioxyde de carbone de l'azote et d'autres gaz et les aideront à développer de nouvelles solutions pour l'industrie qui utilisent cette nouvelle classe de filtres pour toutes sortes d'applications.
"Cette découverte offre une nouvelle opportunité pour l'application de matériaux à base de graphène dans l'industrie de la purification des gaz, par exemple, dans les cas où les déchets solides ou les déchets liquides génèrent des mélanges de gaz toxiques, " dit Tobias Foller, co-auteur de l'article.
"Nous pensons que le filtre a le potentiel de révolutionner l'industrie de la séparation des gaz. En fin de compte, nous espérons que nos découvertes aideront l'Australie à parvenir à une société plus verte et à un environnement plus vivable."
Et les autres métaux ?
L'équipe veut maintenant tester le même principe en utilisant d'autres types de métaux.
"Il existe d'énormes possibilités pour tous les autres métaux de transition qui n'ont pas été étudiés qui pourraient être implantés dans des structures à base de graphène et fournir des propriétés de séparation de gaz passionnantes, " dit Xioheng Jin.
En 2018, L'équipe du Dr Joshi a également démontré avec succès une méthode à base de graphène, filtre à l'échelle du laboratoire qui peut éliminer plus de 99% de la matière organique naturelle omniprésente laissée lors du traitement conventionnel de l'eau potable.
