Une nouvelle technologie de filtration membranaire aide à résoudre les problèmes de pénurie d’eau

La membrane pourrait être utilisée dans des systèmes avancés de traitement de l’eau et dans d’autres applications.

Avec l’augmentation de la population et le développement industriel, la demande en eau a également augmenté, entraînant une pénurie d’eau encore plus grave. Cela nécessite l’utilisation de sources d’eau non traditionnelles, notamment les eaux usées, l’eau de mer et l’eau saumâtre.

Ces dernières années, les technologies à membrane sont devenues le principal outil de réutilisation et de dessalement de l’eau en raison de leur efficacité énergétique élevée, de leur facilité d’utilisation et de leur conception compacte. Certaines d’entre elles – par exemple le dessalement par osmose inverse (OI) et le traitement des eaux usées par réacteurs à membrane – sont déjà appliquées à grande échelle dans des industries.

Malgré leur mise en œuvre généralisée, les systèmes RO connaissent depuis longtemps des limitations en termes de performances liées aux matériaux de membrane. Les membranes actuelles éliminent également mal les solutés neutres de faible poids moléculaire et sont sensibles à la dégradation causée par les oxydants utilisés dans le traitement de l’eau.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université du Colorado à Boulder (CU Boulder) ont développé un nouveau système de filtration d'eau à membrane basé sur des bulles d'air qui peut aider à résoudre les problèmes de pénurie d'eau dans le monde.

Généralement, les filtres à membrane reposent sur la pression pour forcer l’eau à travers un tamis afin de séparer l’eau des particules et contaminants indésirables. Le nouveau système de membrane utilise une minuscule couche de bulles d’air pour distiller l’eau plutôt que de la tamiser. Selon les chercheurs, ce changement rend le nouveau système plus perméable et plus efficace pour éliminer les impuretés indésirables que les systèmes d'osmose inverse courants.

Les membranes de pointe actuelles sont soumises à un compromis entre la perméabilité à l’eau et la sélectivité eau-sel, où un gain de perméabilité à l’eau entraîne une perte de rejet de sel. En revanche, l’équipe a observé que les membranes qui reposent sur un changement de phase gaz-liquide peuvent augmenter la perméabilité sans sacrifier la sélectivité eau-sel en diminuant l’épaisseur de la couche d’air.

Pour les tests de validation de principe, l'équipe a fabriqué des membranes de piégeage d'air en utilisant des substrats poreux en oxyde d'aluminium anodique (AAO) modifiés avec un revêtement hydrophobe contrôlé.

Étant donné que la séparation se produit en raison d'un changement de phase gaz-liquide, les chercheurs ont observé un rejet presque complet des solutés dissous, notamment le chlorure de sodium, le bore, l'urée et la N-nitroso diméthylamine. Les membranes fabriquées avec des couches d'air d'une épaisseur inférieure à 200 nm présentaient des perméabilités à l'eau supérieures à celles des membranes commerciales sans sacrifier le rejet du sel. En outre, ils ont découvert que les membranes de piégeage d’air tolèrent l’exposition aux oxydants du chlore et de l’ozone.

La technologie membranaire de l'équipe pourrait être utilisée dans des systèmes avancés de traitement de l'eau et dans d'autres applications. "Ceux-ci peuvent être utilisés pour purifier l'eau à un très haut degré lorsqu'il s'agit de dessalement de l'eau de mer et dans le cadre d'efforts de réutilisation des eaux usées", a déclaré le professeur adjoint Anthony Straub dans un communiqué. "Nous travaillons également en cours avec la NASA pour utiliser ces membranes pour recycler l'eau lors des missions d'exploration et de recherche spatiales."

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