Des membranes pour un traitement des eaux usées moins énergivore
Pour répondre à la demande croissante en eau potable, celle-ci doit plus que jamais, être récupérée puis purifiée pour être réutilisée. Mais pas à n’importe quel coût énergétique ! Une équipe de recherche de l'IEM (CNRS / ENSC Montpellier / Université de Montpellier) a conçu de nouvelles membranes pour des procédés moins énergivores pour le traitement des eaux usées et le dessalement.
Les membranes à base de matériaux bidimensionnels (2D) sous forme de millefeuilles, appelés nanolaminats, font actuellement l’objet de nombreuses études pour le tamisage et la filtration d’espèces chimiques en solution. Elles fonctionnent par osmose inverse en retenant les impuretés en solution pour ne laisser passer que les molécules d'eau, en appliquant de très fortes pressions pour assurer l’écoulement de l’eau.
Hélas, leur utilisation industrielle est pour l’instant freinée par l'instabilité intrinsèque de l'espace intercouche où se logent les espèces piégées, à cause de la pression, et la difficulté de fabriquer ces membranes à grande échelle de manière parfaitement contrôlée.
Les efforts de recherche s’orientent maintenant vers l'osmose directe qui, contrairement à l’osmose inverse, ne nécessite pas de fortes pressions, l’écoulement étant réalisé cette fois de manière naturelle… d’où une réduction de l'empreinte énergétique associée à la purification. Une équipe internationale dirigée par des scientifiques de l'Institut européen des membranes (CNRS/ENSC Montpellier/Université de Montpellier), a développé des membranes nanolaminées de grande surface constituées de nanofeuillets de MoS2 empilés. Après greffage en surface de fonctions susceptibles de piéger les polluants, les chercheurs ont montré comment les relations entre la surface des nanofeuillets, le désordre d'empilement et la taille des nanocanaux conditionnaient l’efficacité du piégeage par ces membranes, dans des conditions d'osmose directe.
En optimisant la fabrication, ils sont parvenus à synthétises des membranes nanolaminées de grandes surfaces (tailles supérieures à 45 cm2), susceptibles de piéger 94% de sel pour un temps de fonctionnement continu de 7 jours, ou plus de 98% de micropolluants comme l'acide benzoïque, un conservateur largement utilisé et difficile à éliminer par les procédés de filtration traditionnels. Et ce avec une énergie consommée de 4 Wh par mètre cube d'eau traitée, deux fois moins que nécessite le même filtrage par des membranes commerciales à base de polymères. Ces résultats sont à retrouver dans la revue Nature Water.
Rédacteur : CCdM
Référence
Wensen Wang, Nicolas Onofrio, Eddy Petit, Bonito Aristide Karamoko, Huali Wu, Jiefeng Liu, Ji Li, Kun Qi, Yang Zhang, Christel Gervais, Luc Lajaunie, Chrystelle Salameh, Philippe Miele, Zhiyuan Zeng & Damien Voiry
High-surface-area functionalized nanolaminated membranes for energyefficient nanofiltration and desalination in forward osmosis
Nature water 2023