Des chercheurs en Inde et à Singapour présentent une membrane cristalline composée d'amas de polyoxométalates dont les ouvertures intrinsèques mesurent environ 1 nanomètre de large, permettant des séparations moléculaires d'une précision inhabituelle qui pourraient contribuer à réduire la consommation d'énergie dans certaines étapes de purification industrielle et de réutilisation de l'eau.
Une équipe de recherche regroupant le CSIR–Central Salt and Marine Chemicals Research Institute (CSMCRI), l'Indian Institute of Technology Gandhinagar (IITGN), la Nanyang Technological University à Singapour et le S. N. Bose National Centre for Basic Sciences a mis au point une membrane de filtration ultrafine construite autour de pores de taille uniforme d'environ 1 nanomètre. L'étude a été publiée dans le Journal of the American Chemical Society.
Les séparations industrielles sont essentielles à des processus tels que la purification des médicaments et le traitement des colorants textiles, mais de nombreuses usines dépendent encore de méthodes gourmandes en énergie comme la distillation et l'évaporation. La filtration sur membrane peut constituer une alternative moins énergivore, mais les membranes polymères largement utilisées présentent souvent des pores non uniformes qui peuvent se modifier avec le temps, réduisant ainsi les performances dans des conditions d'exploitation difficiles.
Les nouvelles membranes, décrites par les chercheurs comme des « POMbranes », utilisent des amas de polyoxométalates (POM) comme blocs de construction. Ces amas ont une forme de couronne et contiennent une ouverture naturelle qui, selon l'équipe, mesure environ 1 nanomètre de large et est structurellement stable. Pour transformer ces unités nanométriques en un filtre pratique, l'équipe a attaché des chaînes chimiques flexibles aux amas et a utilisé l'auto-assemblage sur l'eau pour former des films ultrafins de grande surface.
En ajustant la longueur des chaînes, les chercheurs rapportent qu'ils ont pu contrôler le degré de compacité des amas, limitant ainsi efficacement les voies de transport afin que les molécules traversent principalement les pores intrinsèques des amas. Lors des tests décrits dans le rapport, les membranes ont séparé des molécules différant d'environ 100 à 200 Daltons, une performance que les chercheurs estiment être environ dix fois supérieure à celle des membranes de référence pour de telles différences de masse moléculaire.
Dans les commentaires accompagnant les travaux, Shilpi Kushwaha, chercheuse principale au CSMCRI, a déclaré que la stabilité de l'ouverture fixe des pores pallie une faiblesse majeure des filtres « plastiques » conventionnels dont les pores peuvent se déformer. Ketan Patel, scientifique principal au CSMCRI, a souligné que les membranes allient performance de séparation, flexibilité, stabilité face à différents niveaux d'acidité (pH) et capacité à être fabriquées en grandes feuilles, des caractéristiques que l'équipe juge essentielles pour une adoption industrielle.
Les chercheurs ont mis en avant des applications potentielles dans les industries textile et pharmaceutique indiennes, notamment l'élimination sélective des colorants des eaux usées pour favoriser leur réutilisation, ainsi que des étapes de récupération de solvants et de purification de médicaments nécessitant une haute sélectivité. Ils présentent la membrane comme une approche plateforme pour des séparations économes en énergie et en ressources, tout en notant que le déploiement industriel dépendra d'une ingénierie plus poussée et d'un changement d'échelle au-delà des démonstrations en laboratoire.
