Nouvelle technologie pour améliorer la haute permsélectivité et anti

31 août 2022

par Presse de l'enseignement supérieur

L'osmose inverse (OI) a attiré une large attention pour son applicabilité étendue au dessalement des eaux saumâtres et de l'eau de mer. Les membranes RO composites à couches minces (TFC) en polyamide (PA) constituées d'une couche de séparation dense et d'une couche de support poreuse ont été les produits phares de ce domaine. Cependant, la sélectivité de perméabilité relativement faible de la membrane PA RO et l'encrassement de la membrane TFC RO limitent l'applicabilité généralisée des membranes TFC PA RO.

La synthèse de membranes nanocomposites s’est avérée être une excellente technologie permettant de combiner les avantages des polymères et des nanomatériaux inorganiques. Les performances natives de la membrane RO pourraient être améliorées en ajustant la composition et la structure. Par exemple, l'hydrotalcite (HT) a été dispersée dans une solution aqueuse et incorporée dans la matrice PA lors de l'étape de polymérisation interfaciale pour construire des canaux de transport pour l'eau.

La membrane obtenue présentait une haute sélectivité permanente avec un flux d’eau accru sans sacrifier le rejet du sel. De plus, la modification de la membrane (y compris l’incorporation de nanoparticules, le revêtement de surface et le greffage) s’est avérée être une approche efficace pour prévenir l’encrassement biologique. Parmi eux, le greffage d’agents anti-biofouling sur des nanoparticules intégrées dans la matrice PA pourrait être une excellente stratégie pour doter les membranes RO de propriétés anti-biofouling sans endommager la matrice PA.

Les nanoparticules HT contiennent des hydroxyles abondants, qui peuvent réagir avec les agents de couplage siloxy ou silane, permettant ainsi un greffage anti-biofouling. Par conséquent, de nouvelles membranes TFC RO présentant une sélectivité permanente élevée et une propriété anti-biofouling peuvent être obtenues en employant des nanoparticules HT comme dopants dans les couches de PA et en greffant des agents de couplage silane contenant des groupes fonctionnels anti-biofouling sur la surface de la membrane.

Inspiré par les propriétés des nanoparticules HT et des agents de couplage silane contenant de l'ammonium quaternaire, le professeur Jian Wang de l'Institut du dessalement de l'eau de mer et de l'utilisation polyvalente, le professeur Zhun Ma de l'Université des sciences et technologies de Shangdong, le Dr Xinxia Tian de l'Université des sciences et technologies de Shangdong. L'Institut de dessalement de l'eau de mer et de l'utilisation polyvalente et les membres de leur équipe ont travaillé conjointement et développé de nouvelles membranes RO avec des performances élevées et prolongées et stables en améliorant simultanément la sélectivité permanente d'origine et la propriété anti-biofouling.

Leur travail améliore considérablement les performances des membranes TFC PA RO, ce qui fournit des conseils techniques précieux pour le dessalement à l'avenir. Cette étude est publiée dans Frontiers of Environmental Science & Engineering.

Dans cette étude, les nanoparticules de Mg-Al-CO3 HT ont été incorporées dans des couches de PA lors de la polymérisation interfaciale par dispersion dans des solutions organiques. L'incorporation de HT a été réalisée avec un double rôle, améliorant le flux d'eau et agissant comme sites de greffage. L'incorporation de HT a augmenté le flux d'eau sans sacrifier le rejet du sel, compensant ainsi la perte provoquée par la réaction de greffage suivante. La surface exposée de HT a servi de sites de greffage pour l'agent anti-biofouling chlorure de diméthyloctadécyl[3-(triméthoxysilyl)propyl]ammonium (DMOT-PAC).

La combinaison de l'incorporation de HT et du greffage DMOTPAC a doté les membranes RO d'une sélectivité permanente élevée et de propriétés anti-biofouling. Le flux d'eau du PA-HT-0,06 était de 49,8 L/m2•h, soit 16,4 % de plus que celui de la membrane vierge. Le rejet de sel du PA-HT-0,06 était de 99,1 %, ce qui était comparable à celui de la membrane vierge. En ce qui concerne l'encrassement du lysozyme chargé négativement, la récupération du flux d'eau de la membrane modifiée était supérieure à celle de la membrane vierge (par exemple, 86,8 % de PA-HT-0,06 contre 78,2 % de PA-vierge). Le taux de stérilisation du PA-HT-0,06 pour E. coli et B. subtilis était de 97,3 % et 98,7 %.

Cette étude est la première à rapporter la formation de liaisons covalentes entre les nanoparticules DMOTPAC et HT intégrées dans la matrice PA pour obtenir des membranes RO présentant à la fois une sélectivité permanente élevée et des propriétés anti-biofouling. L'intégration de nanoparticules et le greffage de groupes fonctionnels garantissent le développement de membranes RO à haute permsélectivité et propriétés anti-biofouling.