Les membranes de tamis moléculaire en carbone (CMS) super-minces peuvent ne pas être les meilleures pour séparer les mélanges chimiques importants sur le plan industriel. Cependant, s'assurer que l'épaisseur du film CMS est juste pourrait permettre une purification plus économe en énergie des produits chimiques, Les chercheurs de la KAUST l'ont montré.

membranes CMS, comme leur nom l'indique, peut purifier des mélanges de liquides ou de gaz en ne laissant passer que certaines molécules à travers leurs pores subnanométriques. Actuellement, l'industrie chimique utilise principalement des procédés thermiques tels que la distillation pour séparer les mélanges de produits, mais ces processus consomment environ 10 pour cent de la production énergétique mondiale. « Cette situation est hautement insoutenable, " dit Wojciech Ogieglo, chercheur à la KAUST. "Nous pensons qu'une bonne partie de ces séparations énergivores pourraient être remplacées par des séparations membranaires beaucoup plus respectueuses de l'environnement."

Les membranes CMS sont créées en déposant une couche de polymères riches en carbone sur un support adapté, puis en appliquant de la chaleur pour convertir le polymère en un film CMS microporeux. « Les matériaux CMS affichent de loin les meilleures performances pour une grande variété d'applications de séparation de gaz à base de membranes à haute intensité énergétique, ", explique le chef de groupe Ingo Pinnau.

« Ces matériaux sont également particulièrement robustes chimiquement, " note Ogieglo. " Ils sont prometteurs pour des situations telles que la production de plastique ou la capture de gaz à effet de serre car ils fonctionnent de manière fiable même dans des environnements chimiques très sévères et à des températures élevées, " il dit.

L'un des aspects de la recherche sur les membranes CMS consiste à optimiser l'épaisseur du film CMS afin de minimiser l'énergie requise pour séparer un mélange chimique. "Intuitivement, on pourrait penser que plus la membrane est fine, le meilleur, " Dit Ogieglo. Une couche de CMS plus mince devrait poser le moins de résistance au transport aux molécules passant à travers ses pores. Cependant, l'équipe a découvert que lorsqu'ils ont créé des films CMS de moins de 50 nanomètres, la couche CMS était très compacte avec une faible microporosité. "De tels films extrêmement minces s'avèrent présenter une résistance au transport beaucoup plus importante que prévu, " dit Ogieglo. Les films CMS plus épais de 300 nanomètres avaient une microporosité significativement plus élevée, l'équipe a montré.

"Nous pensons qu'il doit y avoir un point idéal dans la plage d'épaisseur - pas trop fin, pas trop épais - là où les performances de la membrane sont optimales, " dit Ogieglo. "Nous essayons actuellement de découvrir où se situe ce point idéal pour différents types de matériaux membranaires."

« Les résultats alimenteront les efforts plus larges de l'équipe pour créer des membranes de séparation CMS prêtes pour l'industrie, ", déclare Pinnau. "Nous intensifions actuellement la production de membranes composites CMS pour tester leurs performances et leur stabilité à long terme dans les modules membranaires, " il ajoute.