Des membranes de filtration d'eau qui peuvent se nettoyer
Les scientifiques de l’Argonne National Laboratory du ministère de l’énergie (DOE) ont mis au point un revêtement activé par la lumière pour les membranes de filtration – du type utilisé dans les installations de traitement de l’eau, sur les sites de fabrication de semi-conducteurs, dans l’industrie alimentaire et des boissons – afin de les rendre autonettoyantes, éliminant ainsi la nécessité d’arrêter ces systèmes pour les réparer.
Un nouveau revêtement activé par la lumière
Bon marché et efficaces, ces membranes de filtration de l’eau existent depuis des années mais ont toujours été vulnérables à l’obstruction par des matériaux organiques et inorganiques qui bouchent ses pores avec le temps, un phénomène connu sous le nom d’encrassement. « Tout ce que vous placez dans l’eau va s’encrasser tôt ou tard », a déclaré Seth Darling, scientifique principal d’Argonne.
« Presque toutes les membranes utilisées dans le monde réel fonctionnent par un mécanisme physique; de petits trous qui bloquent tout ce que vous essayez de filtrer », a-t-il déclaré. « Mais ils ne font aucune chimie. C’est ce que nous avons cherché à changer en mettant un revêtement sur cette membrane qui lui donne une fonctionnalité chimique ».
« C’est ce qui différencie notre découverte des travaux précédents dans ce domaine », a déclaré Seth Darling. « Cette membrane peut continuer à fonctionner, ce qui élimine la nécessité, par exemple, d’arrêter un système de filtration afin de nettoyer ou de remplacer les pièces encrassées ». Si des personnes qui travaillent dans le domaine de la filtration de l’eau ont réussi à retirer, nettoyer et remplacer des membranes encrassées, ce processus est loin d’être idéal car il met les membranes – et parfois des systèmes de traitement de l’eau entiers – hors-service.
Un revêtement à base de dioxyde de titane
« Ce que nous essayons de faire, c’est d’empêcher cela complètement », a déclaré Darling. Ce nouveau projet à faible coût de son équipe change la donne pour les industries qui dépendent de ce type de technologie. Le revêtement qu’ils utilisent est à base de dioxyde de titane, ou TiO2, qui a été exploré pour des applications de traitement de l’eau pendant des années en raison de sa grande stabilité, de sa non-toxicité, de son faible coût et de sa biocompatibilité.
Darling et son équipe ont poussé cette technologie un peu plus loin en ajoutant un peu d’azote au mélange. Ce procédé, appelé dopage à l’azote, rend cette membrane sensible à la lumière visible. Ce revêtement sert de catalyseur qui décompose les salissures, les libérant de la membrane, la rendant ainsi propre.
« Le TiO2 normal fonctionnerait, mais seulement avec de la lumière ultraviolette », a déclaré Huiru Zhang, un étudiant diplômé qui a travaillé sur ce projet. « Cela pourrait avoir du sens dans certaines situations, mais c’est beaucoup moins accessible que la lumière visible. » Par rapport au TiO2 ordinaire, les membranes revêtues de TiO2 dopées à l’azote présentent une efficacité photocatalytique 24 fois supérieure à la lumière du Soleil.
Le succès de l’Argonne dans ce domaine est unique : jamais auparavant les scientifiques n’avaient réussi à faire en sorte que des membranes se nettoient d’elles-mêmes alors qu’elles fonctionnent encore comme un filtre. « C’est ce qui différencie notre découverte des travaux antérieurs dans ce domaine », a déclaré M. Darling.
Une membrane qui se nettoie d’elle-même
« Cette membrane peut continuer à être en service, ce qui élimine la nécessité, par exemple, d’arrêter un système de filtration afin de nettoyer ou de remplacer les pièces encrassées ». « En principe, notre découverte peut être utilisée partout où les membranes se trouvent dans l’eau, et même comme revêtement sur d’autres composants des systèmes d’eau », a déclaré Darling.
Cette recherche a été publiée dans Advanced Functional Materials.
Source : Argonne National Laboratory
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