Recherche appliquée

Un matériau bidimensionnel nanoporeux pour dessaler l’eau de mer

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De nos jours, le dessalement est devenu une solution tout à fait abordable pour faire face au manque d'eau douce dans de nombreuses régions du globe. Le cœur du procédé de dessalement est basé sur la technologie d'Osmose Inverse (OI). Bien que cette technique ait prouvé son efficacité elle reste relativement couteuse étant donné les pressions élevées utilisées essentiellement  due à la faible perméabilité de l’eau dans les membranes de polymères d’OI très denses.
 
Ces dernières années de nombreux matériaux ont été développés afin de contourner  ce problème comme les nanotubes de carbone ou bien encore les membranes nanoporeuses de graphène. Tandis que les matériaux bidimensionnels (2D) comme le graphène ou MoS2 sont très étudiés pour ces applications, le nitrure de bore hexagonal (hBN) qui présente une tenue mécanique supérieure à celle de graphène, condition indispensable dans les procédés d’OI, n’a jamais été considéré comme membrane d’OI.
 
C’est désormais chose faite, des chercheurs de l’Institut de Physique de Rennes et de l’institut des Sciences chimiques de Rennes (CNRS/Université de Rennes 1) en collaboration avec l’université de Sherbrooke au Canada ont utilisé des simulations de type dynamique moléculaire afin de démontrer que les membranes de nitrure de bore nanoporeuses permettaient une augmentation drastique de la perméabilité de l’eau surpassant de plusieurs ordre de grandeur celle des membranes actuelles ainsi qu’un taux de rétention des ions (capacité à retenir les ions) avoisinant les 100%. Ils ont également montré, de manière inattendue, que la membrane possédant la plus petite taille de pore (8 Angström de diamètre) présentait les propriétés de transport les plus intéressantes. Ils ont ainsi montré que, la perméabilité de l’eau est reliée à un arrangement en « filet » des molécules d’eau tandis que le rejet des ions est lui relié au cout énergétique trop élevé du processus de déshydratation des ions. Ces résultats fournissent ainsi les bases de nouvelles applications dans les technologies de dessalement et de nanofiltration.
 
Ce projet a bénéficié du soutien du CNRS (PEPS 2017 Infinity), CNRS (Cellule Energie) / Total SA (Prog. Boomer) ainsi que de l’université de Rennes 1 via  ses défis émergents (NANODESAL – 2017). 
 

Référence
Xavier Davoy, Alain Gellé, Jean-Christophe Lebreton, Hervé Tabuteau, Armand Soldera, Anthony Szymczyk, and Aziz Ghoufi
High Water Flux with Ions Sieving in a Desalination 2D Sub-Nanoporous Boron Nitride Material
ACS Omega  3, 6, 6305-6310  (12 Juin 2018)