Les systèmes à membrane ont un grand potentiel en tant qu'alternatives à faible consommation d'énergie dans des applications telles que le dessalement, récupération pharmaceutique, épuration et traitement des déchets.

Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont créé les plus grandes membranes sans défaut signalées à ce jour qui exploitent pleinement les propriétés uniques de transport de masse des nanotubes de carbone en tant que canaux d'écoulement. Ce travail a été récemment publié en ligne dans Sciences avancées .

Des matériaux chimiquement robustes qui transportent sélectivement des molécules à un débit élevé sont essentiels pour développer des systèmes membranaires avancés surpassant les produits de pointe. Nanotubes de carbone—canaux tout carbone plus de 50, 000 fois plus mince qu'un cheveu humain, appartiennent à cette classe de briques de construction de membranes très prometteuses. Contrairement aux matériaux poreux conventionnels, ces minuscules canaux permettent un débit de gaz et de liquide exceptionnellement rapide qui devient encore plus rapide à mesure que les tubes deviennent plus petits

Pour tirer le meilleur parti de ces matériaux extraordinaires, maximiser la densité des nanotubes de carbone ouverts à travers la membrane est essentiel. Les chercheurs du LLNL ont développé une densité élevée, nanotubes à paroi unique sur des plaquettes de silicium de 4 pouces et les ont utilisés pour créer des membranes dotées de propriétés de transport exceptionnelles à grande échelle.

"La mise à l'échelle des membranes de nanotubes de carbone sans introduire de fuites n'est pas une mince tâche, " a déclaré l'auteur principal et chercheur postdoctoral du LLNL Melinda Jue. " Nous contrôlons et caractérisons rigoureusement nos membranes pour nous assurer qu'elles sont exemptes de défauts avant de les utiliser pour mesurer avec précision l'amélioration du débit. "

Il y a 10 fois plus de nanotubes conducteurs dans ces membranes de grande surface qu'auparavant.

"En utilisant une haute densité de nanotubes de carbone comme voies de transport, nous sommes capables de faire des membranes qui sont 6, 200 fois plus perméable à l'eau que prévu par la théorie et ont un débit d'eau jusqu'à 10 fois plus important que les membranes disponibles dans le commerce avec une taille de pores similaire, " a déclaré Francesco Fornasiero, le scientifique du LLNL qui dirige le projet.

Avec la quantification de l'amélioration du transport permise par les nanotubes de carbone, l'équipe de recherche a étudié la capacité de nanofiltration de ces membranes de nanotubes de carbone à grande surface.

« Vous pourriez imaginer utiliser ces membranes pour séparer efficacement des solutions hautement salines où vous souhaitez éliminer le sel tout en concentrant le composant le plus précieux, " dit Jue.

La dégradation des performances due à l'encrassement est un obstacle majeur à la généralisation des technologies membranaires, et contrecarrer ses effets nécessite un traitement des membranes avec des produits chimiques agressifs. La robustesse des nanotubes de carbone et de la matrice polymère conduit également à une excellente stabilité chimique, permettant un nettoyage facile des membranes. "Puis quand la membrane se salit, vous pouvez le nettoyer avec de l'eau de Javel sans avoir à vous soucier de la dégradation comme avec les membranes polymères typiques, " dit Jue.