Le dessalement simplifié

L'accès à l'eau potable est un défi quotidien pour plus d'un milliard de personnes dans le monde. Le dessalement peut aider à soulager ces populations souffrant de stress hydrique en filtrant le sel de l'eau de mer abondante, et il existe plus de 7 000 usines de dessalement dans le monde, dont 250 aux États-Unis seulement. Cependant, les membranes que ces plantes utilisent pour filtrer le sel ont tendance à se briser lorsqu'elles sont exposées à un ingrédient essentiel du processus : le chlore.

Rationalisation du dessalement : Le chercheur Ho Bum Park détient deux échantillons de la membrane de dessalement tolérante au chlore. Celui de gauche a une épaisseur d'un dixième de micromètre et est constitué d'un support poreux avec une fine couche de membrane. La membrane bleue a une épaisseur d'environ 50 micromètres.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université du Texas à Austin (UT Austin) et du Virginia Polytechnic Institute ont conçu une membrane tolérante au chlore qui filtre le sel aussi bien que de nombreuses membranes commerciales. Les chercheurs affirment qu'une telle membrane éliminerait les étapes coûteuses du processus de dessalement et serait éventuellement utilisée pour filtrer le sel de l'eau de mer. Les résultats de leur étude paraissent dans le dernier numéro de la revue chimie appliquée .

La majorité des usines de dessalement utilisent aujourd'hui des membranes en polyamide pour séparer efficacement le sel de l'eau de mer. Étant donné que l'eau de mer abrite une variété d'organismes qui peuvent former un film épais sur les membranes et obstruer le filtre, les plantes utilisent du chlore pour désinfecter l'eau entrante avant qu'elle ne soit envoyée à travers les membranes. Le problème est que ces membranes se dégradent après une exposition continue au chlore. L'industrie du dessalement a donc ajouté une autre étape, en déchlorant rapidement l'eau après qu'elle ait été traitée au chlore et avant qu'elle ne traverse la membrane. Une fois l'eau dessalée, du chlore est à nouveau ajouté, avant que l'eau n'entre dans l'approvisionnement en eau potable.

Benny Freeman , professeur de génie chimique à l'UT Austin, affirme qu'une membrane tolérante au chlore peut aider à rationaliser considérablement le processus de dessalement. Freeman et James McGrath , professeur de chimie au Virginia Polytechnic Institute, a conçu une membrane filtrante qui résiste aux expositions répétées au chlore.

La nouvelle membrane est en polysulfone, un thermoplastique soufré très résistant au chlore. Des chercheurs précédents ont tenté de concevoir des membranes tolérantes au chlore en utilisant du polysulfone, mais ont été entravés car le matériau est extrêmement hydrophobe et ne laisse pas facilement passer l'eau. Les scientifiques ont essayé de modifier chimiquement la composition du polymère en ajoutant des composés hydrophiles ou attirant l'eau. Cependant, le timing est primordial, et Freeman dit que lorsque les chercheurs ajoutent de tels composés après avoir synthétisé le polymère, finalement, vous cassez l'épine dorsale de la chaîne polymère… au point que ce n'est pas utile.

Au lieu de cela, Freeman et McGrath ont ajouté deux groupes acide sulfonique chargés hydrophiles pendant le processus de polymérisation et ont découvert qu'ils étaient capables de synthétiser un polymère durable et reproductible. Ils ont ensuite effectué diverses expériences pour évaluer la capacité du matériau à tolérer le chlore et à filtrer le sel, par rapport aux membranes commerciales.

Tout d'abord, l'équipe a effectué des tests de perméabilité au sel, mesurant la quantité de sel traversant une membrane dans un laps de temps donné. Moins il y a de sel dans l'eau filtrée, mieux c'est. Freeman et McGrath ont découvert que la nouvelle membrane fonctionnait aussi bien que de nombreuses membranes commerciales pour filtrer l'eau à teneur en sel faible à moyenne. Pour les échantillons plus salés comparables à l'eau de mer, la membrane de l'équipe était légèrement moins perméable.

Nous avons des matériaux qui sont aujourd'hui compétitifs avec la nanofiltration existante et certaines des membranes d'eau saumâtre, dit Freeman. Nous poussons maintenant la chimie à aller plus loin dans le domaine de l'eau de mer, qui est un marché important auquel nous aimerions accéder.

Les chercheurs ont également testé la sensibilité au chlore du polymère. Ils ont constaté qu'après une exposition à des solutions concentrées de chlore pendant plus de 35 heures, la nouvelle membrane subissait peu de changement de composition, par rapport aux membranes en polyamide du commerce, qui étaient rongées par le chlore.

Actuellement, Freeman et ses collègues manipulent davantage la composition du polymère pour essayer d'ajuster diverses propriétés, dans l'espoir de concevoir une membrane plus sélective et résistante au chlore. Ils sont également en pourparlers avec un fabricant leader de membranes de dessalement, dans le but de mettre la nouvelle membrane sur le marché.

Ces membranes peuvent représenter une voie raisonnable vers la commercialisation, dit Freeman. Si nous réussissons, nous aurons la possibilité de fabriquer essentiellement ces membranes sur le même équipement que les gens utilisent aujourd'hui.

Eric Hoek , professeur adjoint de génie civil et environnemental à l'Université de Californie à Los Angeles, travaille sur l'ingénierie de nouvelles membranes de dessalement au California Nanosystems Institute. Il dit que la membrane tolérante au chlore développée par l'équipe de Freeman peut être une alternative prometteuse aux homologues industriels d'aujourd'hui.

Ce travail fait partie des recherches les plus innovantes et les plus intéressantes sur les matériaux membranaires au cours de la dernière décennie, déclare Hoek. Bien que la tolérance au chlore présentée par ces membranes soit impressionnante, les performances de séparation de base ne sont pas encore là où elles devraient être pour que ces matériaux soient présentés comme des remplacements immédiats de la technologie commerciale des membranes d'eau de mer.

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