Des membranes hybrides MOFs/polymères pour la purification du gaz naturel
Des chimistes français, d’Arabie Saoudite et de Chine ont récemment mis au point une nouvelle famille de membranes hybrides MOFs*/polymères pour la séparation de gaz et en particulier la capture sélective de CO2 vis-à-vis du CH4. D’une perméabilité et d’une sélectivité exceptionnelles, ces membranes simples à mettre en œuvre pourraient bien avoir des répercussions directes sur la purification du gaz naturel et du biogaz. Le développement de ces membranes innovantes a été publié dans la revue Science.
Dans le contexte énergétique mondial actuel, les alternatives au gaz naturel d’origine fossile, notamment le biogaz, sont très convoitées. Tout comme le méthane d’origine fossile, ces bio-ressources, générées par méthanisation de déchets organiques, doivent être purifiées pour obtenir un gaz utilisable dans des installations domestiques ou dans l’industrie. Cette étape de purification, qui vise notamment à extraire le plus sélectivement possible des contaminants comme le dioxyde de carbone ou le sulfure d’hydrogène naturellement présents dans le méthane, représente un coût économique et énergétique important dans l’exploitation de cette source d’énergie. Elle s’opère à l’échelle industrielle en utilisant notamment des membranes polymères qui sont plus ou moins sélectives.
Dans le cadre d’une collaboration avec l’Arabie Saoudite et la Chine, des chimistes de l’Institut Charles Gerardt Montpellier (CNRS/Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier/Université de Montpellier) viennent de décrire dans Science une toute nouvelle famille de membranes hybrides MOF/polymère capables de séparer le dioxyde de carbone et le sulfure d’hydrogène du méthane avec une sélectivité, une perméabilité et une facilité de mise en œuvre inégalées. Leur prouesse consiste à disperser des MOFs présentant des canaux microporeux parfaitement alignés sous forme de nano-couches dans une membrane polymère déjà commerciale. Ces MOFS créent des chemins continus et hautement sélectifs pour les gaz qui permettent d’atteindre des séparations exceptionnelles du dioxyde de carbone et du sulfure d’hydrogène vis-à-vis du méthane dans les conditions opératoires réelles. Applicables à d’autres mélanges de gaz, ces nouvelles membranes pourraient bien révolutionner la purification moléculaire, un des défis majeurs dans le domaine de l’énergie et de l’environnement (purification de l’air, purification d’hydrogène,…)
*Les réseaux metal-organic frameworks en anglais (MOFs) sont des matériaux hybrides (inorganique et organique) « cages ou canaux » à la porosité exceptionnelle qui permettent de stocker et/ou de séparer de grandes quantités de gaz comme le CO2, ou d’agir comme nano-catalyseur pour accélérer certaines réactions chimiques.
Référence
Rational design of mixed-matrix metal-organic framework membranes for molecular separations, Shuvo Jit Datta, Alvaro Mayoral, Narasimha Murthy Srivatsa Bettahalli, Prashant M. Bhatt, Madhavan Karunakaran, Ionela Daniela Carja, Dong Fan, Paulo Graziane M. Mileo, Rocio Semino, Guillaume Maurin, Osamu Terasaki, Mohamed Eddaoudi Science, 3 juin 2022