Accueil > Presse > L'avenir du dessalement ? Une membrane rapide, efficace et sélective pour purifier l'eau salée
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| La réduction des coûts énergétiques et donc financiers, ainsi que l'amélioration de la simplicité du dessalement de l'eau, pourraient aider les communautés du monde entier ayant un accès limité à l'eau potable.
CRÉDIT |
Résumé:
La rareté de l'eau est un problème croissant dans le monde. Le dessalement de l'eau de mer est une méthode établie pour produire de l'eau potable, mais s'accompagne d'énormes coûts énergétiques. Pour la première fois, des chercheurs utilisent des nanostructures à base de fluor pour filtrer avec succès le sel de l'eau. Par rapport aux méthodes de dessalement actuelles, ces nanocanaux fluorés fonctionnent plus rapidement, nécessitent moins de pression et moins d'énergie, et constituent un filtre plus efficace.
L'avenir du dessalement ? Une membrane rapide, efficace et sélective pour purifier l'eau salée
Tokyo, Japon | Publié le 13 mai 2022
Si vous avez déjà cuisiné avec une poêle à frire antiadhésive revêtue de téflon, vous avez probablement vu la façon dont les ingrédients humides glissent facilement autour d'elle. Cela se produit parce que le composant clé du téflon est le fluor, un élément léger qui est naturellement hydrofuge ou hydrophobe. Le téflon peut également être utilisé pour recouvrir les tuyaux afin d'améliorer l'écoulement de l'eau. Un tel comportement a attiré l'attention du professeur agrégé Yoshimitsu Itoh du département de chimie et de biotechnologie de l'Université de Tokyo et de son équipe. Cela les a inspirés à explorer comment les tuyaux ou les canaux fabriqués à partir de fluor pourraient fonctionner à une échelle très différente, l'échelle nanométrique.
« Nous étions curieux de voir à quel point un nanocanal fluoré pouvait être efficace pour filtrer sélectivement différents composés, en particulier l'eau et le sel. Et, après avoir exécuté des simulations informatiques complexes, nous avons décidé que cela valait la peine de consacrer du temps et des efforts pour créer un échantillon fonctionnel », a déclaré Itoh. « Il existe actuellement deux manières principales de dessaler l'eau : thermiquement, en utilisant la chaleur pour évaporer l'eau de mer afin qu'elle se condense en eau pure, ou par osmose inverse, qui utilise la pression pour forcer l'eau à travers une membrane qui bloque le sel. Les deux méthodes nécessitent beaucoup d'énergie, mais nos tests suggèrent que les nanocanaux fluorés nécessitent peu d'énergie et présentent également d'autres avantages.
L'équipe a créé des membranes de filtration de test en synthétisant chimiquement des anneaux de fluor nanoscopiques, qui ont été empilés et intégrés dans une couche lipidique autrement imperméable, semblable aux molécules organiques qui composent les parois cellulaires. Ils ont créé plusieurs échantillons de test avec des nanoanneaux entre environ 1 et 2 nanomètres. Pour référence, un cheveu humain mesure près de 100,000 XNUMX nanomètres de large. Pour tester l'efficacité de leurs membranes, Itoh et l'équipe ont mesuré la présence d'ions chlore, l'un des principaux composants du sel - l'autre étant le sodium - de chaque côté de la membrane de test.
"C'était très excitant de voir les résultats de première main. Le plus petit de nos canaux de test rejetait parfaitement les molécules de sel entrantes, et les plus grands canaux constituaient également une amélioration par rapport aux autres techniques de dessalement et même aux filtres à nanotubes de carbone de pointe », a déclaré Itoh. "La vraie surprise pour moi a été la rapidité avec laquelle le processus s'est déroulé. Notre échantillon a fonctionné plusieurs milliers de fois plus vite que les appareils industriels typiques et environ 2,400 XNUMX fois plus vite que les appareils expérimentaux de dessalement à base de nanotubes de carbone.
Comme le fluor est électriquement négatif, il repousse les ions négatifs tels que le chlore présent dans le sel. Mais un avantage supplémentaire de cette négativité est qu'elle décompose également ce que l'on appelle les amas d'eau, essentiellement des groupes de molécules d'eau faiblement liés, de sorte qu'ils traversent les canaux plus rapidement. Les membranes de dessalement de l'eau à base de fluor de l'équipe sont plus efficaces, plus rapides, nécessitent moins d'énergie pour fonctionner et sont également conçues pour être très simples à utiliser, alors quel est le problème ?
« À l'heure actuelle, la façon dont nous synthétisons nos matériaux est elle-même relativement énergivore ; cependant, c'est quelque chose que nous espérons améliorer dans les recherches à venir. Et, compte tenu de la longévité des membranes et de leurs faibles coûts d'exploitation, les coûts énergétiques globaux seront bien inférieurs à ceux des méthodes actuelles », a déclaré Itoh. « D'autres mesures que nous souhaitons prendre sont bien sûr l'intensification. Nos échantillons de test étaient des nanocanaux simples, mais avec l'aide d'autres spécialistes, nous espérons créer une membrane d'environ 1 mètre de diamètre dans plusieurs années. Parallèlement à ces problèmes de fabrication, nous explorons également si des membranes similaires pourraient être utilisées pour réduire le dioxyde de carbone ou d'autres déchets indésirables rejetés par l'industrie.
Financement: Ce travail a été soutenu financièrement par une subvention JSPS pour la recherche scientifique (S) 7 (18H05260) sur les «matériaux fonctionnels innovants basés sur la science moléculaire interfaciale multi-échelle 8» pour TAYI est reconnaissant pour une subvention JSPS -Aid for Scientific Research (B) (21H01903) 9 et JST, PRESTO Grant Number JPMJPR21Q1.
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