Dans une première mondiale, une équipe de recherche internationale, dirigé par l'Université Monash et l'ANSTO, a créé une membrane poreuse ultrafine pour séparer complètement les ions potentiellement nocifs, comme le plomb et le mercure, de l'eau.

Cette innovation pourrait améliorer le processus de dessalement et transformer l'eau la plus sale en quelque chose de potable pour des millions de personnes à travers le monde. La membrane a fonctionné régulièrement pendant plus de 750 heures en utilisant une énergie limitée. Il pourrait également être fabriqué à l'échelle mondiale, en attendant d'autres tests.

Les chercheurs ont développé pour la première fois des nanofeuillets monocouche d'aluminium tétra-(4-carboxyphényl) porphyrine (appelés AI-MOF) stables dans l'eau, et ont démontré leur quasi-perfection en tant que matériaux de construction pour les membranes dans la séparation des ions de l'eau.

Ces nanofeuillets d'Al-MOF, exfolié à juste une nanoéchelle d'épaisseur, peut aider à éliminer les agents cancérigènes nocifs de l'atmosphère en créant des membranes très poreuses pour faciliter les processus de séparation des gaz et des solvants organiques, comme la peinture.

Les résultats de l'étude sont publiés dans Avancées scientifiques .

L'étude a été dirigée par le professeur Xiwang Zhang, Chercheur au Département de génie chimique de l'Université Monash et directeur du Centre de recherche ARC pour la séparation à haut rendement énergétique, et le Dr Qinfen Gu, Scientifique principal au synchrotron australien de l'ANSTO.

"En raison de la porosité riche et de la taille uniforme des pores, Les cadres organiques métalliques (MOF) offrent des avantages significatifs par rapport aux autres matériaux pour la séparation membranaire précise et rapide, " a déclaré le professeur Zhang.

"Toutefois, fabriquer des membranes MOF ultrafines (moins de 100 nanomètres) pour le traitement lié à l'eau reste un défi de taille, puisque la plupart des membranes MOF rapportées sont généralement épaisses et souffrent d'une stabilité hydrolytique insuffisante.

« Dans cette première étude mondiale, nous avons pu utiliser ces Al-MOF ultrafins pour créer une membrane perméable à l'eau tout en obtenant une porosité maximale avec près de 100 % de rejet des ions. Cette étude est prometteuse pour l'application future de cette membrane à d'autres procédés de filtration, comme la séparation des gaz."

Les polymères sont de loin les matériaux membranaires les plus répandus, en grande partie en raison de leur facilité de traitement et de leur faible coût, suggère l'étude.

Cependant, les membranes polymères traditionnelles pour la séparation des ions de l'eau contiennent généralement une couche sélective dense, conduisant à une sélectivité limitée. En revanche, membranes nanoporeuses, où des nanopores uniformes jouent le rôle de tamis, peut surmonter cette limitation.

Cette étude révolutionnaire confirme que les nanopores intrinsèques des nanofeuillets d'Al-MOF facilitent la séparation ion/eau en créant des canaux alignés verticalement comme voie de transport principale pour les molécules d'eau, et a été rendu possible par la capacité unique du synchrotron australien à analyser les matériaux au niveau moléculaire.

"Nous utilisons un instrument appelé la ligne de lumière de diffraction des poudres au synchrotron australien de l'ANSTO, comprendre la différence entre la structure moléculaire des échantillons de nanofeuillets, et des échantillons à différentes températures, afin de tester les performances de purification de l'eau, " a déclaré le Dr Gu.

"La technique, appelé in situ, caractérisation par diffraction des rayons X sur poudre à haute température, a été menée sur les nanofeuillets, et pendant le processus, il n'y avait pas de variations évidentes dans les échantillons à température croissante, démontrant leur robustesse."