Electrical driven reverse osmosis membranes for water purification
Allocation post-doctorale, AAP 2019
Equipe : Laboratoire de Physique Statistique (LPS), Equipe Micromégas
Porteur de projet : Alessandro Siria
Résumé :
Filtrer et séparer des molécules spécifiques est un défi vital, de la production intensive d'eau propre aux applications biomédicales. La plupart des procédés modernes de filtration sont basés sur les principes du tamisage passif : une membrane dotée de propriétés de pores spécifiques permet de séparer les composants perméables du rétentat, ce qui entrave inévitablement le flux et le transport à l'échelle nanométrique. Par conséquent, ces procédés de tamisage traditionnels sont énergétiquement et économiquement coûteux. Le domaine a été stimulé par le subtil transport nanofluidique ou les possibilités offertes par les nouveaux matériaux à l'échelle nanométrique et en particulier les grands espoirs que représentent les oxydes de métaux, les oxydes de graphène et les composites.
Notre objectif est d'aller au-delà du développement du concept de membrane nanofluidique active. Le terme "actif" doit être compris ici comme contrastant avec les membranes passives de pointe qui sont basées sur des procédés de tamisage standard. Le transport nanofluidique permet en effet d'aller au-delà de cette vision et peut ouvrir la voie à de nouvelles fonctionnalités plus efficaces. En particulier, les matériaux poreux présentant une charge de surface importante à l'interface solide-fluide peuvent induire un flux électro-osmotique du fluide sous un gradient de tension : lorsqu'une solution d'eau et de sel remplit les pores submicroniques de la membrane, les espèces chargées se réorganisent à l'intérieur du pore afin de tamiser la charge chimique à l'interface. En conséquence, un déséquilibre de charge est créé le long de la direction radiale du pore avec un excès de contre-ions par rapport aux co-ions. La charge nette est alors mise en mouvement si une chute de tension est appliquée entre les deux côtés du canal et le flux d'ions est directement traduit en un flux de fluide permettant une filtration en fonction de la taille et de la nature des pores.
Ce procédé présente un avantage majeur car il n'applique pas de contrainte mécanique à la membrane permettant l'utilisation de matériaux fragiles et complexes sans risque d'endommagement.
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