Un groupe de recherche dirigé par le professeur Wan Yinhua de l'Institut de génie des procédés (IPE) de l'Académie chinoise des sciences a mis au point une nouvelle membrane de nanofiltration antisalissure pour divers types de séparation de liquides industriels. La nouvelle membrane applique de nouvelles connaissances sur le rôle de la distribution de la taille des pores dans la filtration.

L'étude a été publiée dans ACS Applied Materials &Interfaces le 26 juillet.

Les membranes de nanofiltration ont reçu beaucoup d'attention dans le domaine de la purification de l'eau et de la fabrication de bioproduits en raison de leur capacité à séparer avec précision les solutés ciblés des autres composants.

Cependant, l'application des membranes de nanofiltration dans l'industrie souffre d'un encrassement des membranes qui entraîne une baisse significative des performances de séparation.

Par exemple, pour la membrane composite à couche mince de polyamide la plus répandue préparée par polymérisation interfaciale (IP), le transfert de masse hétérogène intrinsèque du processus IP entraîne une large distribution de la taille des pores et provoque une distribution inégale du flux de perméation sur la membrane pendant la filtration, affaiblissant ainsi la capacité antisalissure de la membrane de nanofiltration.

De plus, les membranes de nanofiltration couramment utilisées ont de nombreux sites hydrophobes (c'est-à-dire des cycles benzéniques) dans leurs chaînes polyamides. Ces sites sont susceptibles d'adsorber les salissures hydrophobes.

Les chercheurs ont tenté d'améliorer les performances antisalissures d'une membrane de nanofiltration en polyamide en réduisant la distribution de la taille des pores via un processus IP multiple en une étape.

Dans cette stratégie, une solution aqueuse de pipérazine anhydre (PIP) et de γ-(2,3-époxypropoxy) propytriméthoxysilane (KH560) subit une IP avec une solution organique de chlorure de trimésoyle et d'orthosilicate de tétraéthyle (TEOS) sur le support poreux.

L'additif réactif KH560 accélère la vitesse de diffusion du PIP afin qu'il s'enrichisse à la frontière de la réaction. De plus, l'hydrolyse/condensation du KH560 et du TEOS à l'interface aqueuse/organique forme un réseau interpénétrant avec le réseau polyamide, régulant ainsi la structure de la couche de séparation.

Les résultats de la caractérisation indiquent que la membrane polyamide-silice a une couche de séparation plus dense, plus épaisse et plus uniforme. Les tailles moyennes des pores de la membrane polyamide-silice et d'une membrane polyamide traditionnelle sont de 0,62 nm et 0,74 nm, respectivement, et celles-ci correspondent à des écarts types géométriques (à savoir, la distribution de la taille des pores) de 1,39 et 1,97, respectivement. Ainsi, la membrane polyamide-silice avec une distribution de taille de pores plus étroite présente des performances antisalissures plus fortes. Dans ce cas, le taux de décroissance du flux passe de 18,4 % à 3,8 %.

De plus, cette membrane polyamide-silice présente une stabilité antifouling impressionnante à long terme lors de la décoloration de la mélasse de canne à haute température (50 ℃).

« Ce travail fournit non seulement une nouvelle stratégie IP multiple en une étape pour préparer des membranes de nanofiltration antisalissure, mais souligne également l'importance de la distribution de la taille des pores dans le contrôle de l'encrassement pour diverses séparations de liquides industriels », a déclaré le professeur Luo Jianquan de l'IPE, auteur correspondant de l'étude. "Une telle membrane de nanofiltration promet d'améliorer la robustesse des membranes de nanofiltration composites à couche mince dans la séparation industrielle des liquides." + Explorer plus loin

Une nouvelle stratégie de modification ciblée améliore la sélectivité des membranes de nanofiltration en polyamide