Une nouvelle technologie de filtration améliore la purification des eaux usées et la rend économe en énergie

• Un nouveau type de membrane nécessite une pression beaucoup plus faible que les membranes standard pour filtrer les particules en suspension de l'eau.
• Il dure 3 fois plus longtemps et économise deux fois plus d'énergie qu'un transmembranaire conventionnel.

Les techniques de purification de l'eau diminuent la concentration de certaines matières comme les bactéries, les champignons, les virus, les algues, les parasites et les particules en suspension. Il existe plusieurs processus physiques, biologiques et chimiques, et au cours des deux dernières décennies, nous avons utilisé un rayonnement électromagnétique comme la lumière UV pour purifier l'eau.

Le processus de filtration et de traitement de l'eau - pour les applications potables, chimiques et industrielles - représente près de 13% de la consommation totale d'électricité aux États-Unis, qui libère 290 millions de tonnes de dioxyde de carbone dans l'atmosphère chaque année. Pour mettre cela en contexte, cela équivaut au poids combiné de tous les humains dans le monde.

Pour purifier l'eau, elle est généralement passée à travers une membrane avec de minuscules pores. La taille de ces pores est suffisamment petite pour filtrer les impuretés ou les particules plus grosses que les molécules d'eau. Étant donné que ces membranes ont tendance à « s'user et se déchirer » en raison du colmatage, elles nécessitent des tensions plus élevées pour pousser les molécules d'eau, et les membranes souvent obstruées doivent être remplacées, ce qui augmente le coût du traitement de l'eau.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université Harvard ont développé un nouveau type de membrane qui nécessite une pression beaucoup plus faible que les membranes traditionnelles pour filtrer les particules en suspension de l'eau. Ils l'appellent les membranes à déclenchement liquide (LGM). Elle est deux fois plus efficace (en termes de consommation d'énergie) et dure trois fois plus longtemps que les membranes existantes.

Les LGM peuvent être utilisés dans une large gamme de paramètres de traitement de l'eau, réduisant la consommation d'électricité et le coût des grands processus industriels, y compris le forage gazier et pétrolier.

Comment ça marche ?

Chaque membrane à ouverture liquide est recouverte d'un liquide spécial qui remplit et scelle les pores dans une phase « fermée », servant de porte réversible. Lorsque vous appliquez la pression (pour filtrer l'eau), le liquide contenu dans les pores de la membrane est entraîné vers les extrémités, formant des pores ouverts, qui pourraient être configurés pour laisser passer certains gaz ou liquides.

Référence :AIP | doi:10.1063/1.5047480 | Université Harvard 

Cela empêche « l'usure » ​​des membranes en raison de la surface glissante du liquide. Et comme les LGM sont capables de séparer les substances cibles de différents mélanges liquides, ils pourraient être utilisés dans le traitement des liquides industriels.

Pression transmembranaire (TMP) pour les membranes standard et fermées | Avec l'aimable autorisation des chercheurs 

Pour créer un LGM, les chercheurs ont infusé de minuscules disques (25 mm) d'une membrane filtrante conventionnelle avec un lubrifiant liquide spécial, le perfluoropolyéther, utilisé dans l'industrie du transport aérien depuis plus de 30 ans.

Tests et applications

Les chercheurs ont mélangé de l'argile bentonite dans de l'eau et l'ont fait passer à travers les pores des LGM en appliquant une pression appropriée. Ensuite, ils ont comparé les résultats avec des membranes conventionnelles.

Les membranes à portes liquides ont montré des signes d'usure beaucoup plus tard que les membranes conventionnelles :elles ont effectivement filtré l'eau 3 fois plus longtemps que les membranes non traitées avant de nécessiter un processus pour éliminer manuellement les substances accumulées sur la membrane. De plus, ils avaient 60 % de nanoargile en moins accumulée sur leur membrane lors de la filtration.

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Pour lancer la filtration, les LGM nécessitent 16 % de pression en moins, ce qui permet d'économiser plus d'énergie. Cela pourrait augmenter le taux de filtration des mécanismes de traitement de l'eau utilisés dans diverses industries, notamment les textiles, la pétrochimie, la fabrication biopharmaceutique et la transformation des aliments et des boissons.