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2D-MEMBA : membranes hybrides nanolaminés 2D – diodes ioniques nanofluidiques pour le dessalement et la purification de l’eau (2D-MEMBA) Projet # ANR-21-CE09-0034

2D-MEMBA : membranes hybrides nanolaminés 2D – diodes ioniques nanofluidiques pour le dessalement et la purification de l’eau (2D-MEMBA) Projet # ANR-21-CE09-0034

Résumé : Les nanomatériaux sont prometteurs pour le développement de membranes innovantes destinées à la purification de l’eau et au dessalement. Les matériaux bidimensionnels (2D) empilés dans des nanolaminés 2D ont été étudiés pour le tamisage moléculaire via une diffusion limitée par la taille dans les capillaires 2D, tandis que les diodes ioniques nanofluidiques peuvent contrôler efficacement la diffusion des ions en fonction de leurs charges. Dans le cadre du 2D-MEMBA, nous proposons de réaliser et d’étudier de nouveaux modèles de membranes combinant des nanolaminés et des diodes ioniques. Pour atteindre cet objectif, nous allons d’abord élucider le rôle de la chimie de surface sur les comportements structurels et nanofluidiques des nanolaminats constitués de nanofeuillets chargés et/ou fonctionnalisés. Nous étudierons ensuite la perméation des ions et de l’eau à travers les hybrides nanolaminates/diodes ioniques dans des configurations d’osmose directe et inverse. Notre effort concerté ne fournira pas seulement un aperçu de la nanofluidique mais conduira également à des stratégies pratiques pour des applications à grande échelle pour le traitement de l’eau.

Consortium

Autres membres du projet :

Dernières nouvelles :

  • 19/08/2024 : Les membres de l’équipe 2D-MEMBA du CRPP viennent de publier leur dernier article intitulé :« Graphene in Water is Hardly Ever Neutral » dans la revue à fort impact Advanced Science (IF 2023 =14.3). Le résumé explique : « Le graphène dans l’eau est chargé électriquement dans la plupart des conditions. Le niveau de charge peut être suffisamment important pour stabiliser les dispersions colloïdales de graphène à une (ou quelques) couche(s) dans l’eau, sans qu’il soit nécessaire d’utiliser d’autres additifs. Dans ce travail, le titrage potentiométrique, la calorimétrie de titrage isotherme, les mesures électrocinétiques, les calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité, la spectroscopie Raman et les mesures de force directe utilisant la microscopie à force atomique sont combinés afin d’étudier cette charge et d’en explorer l’origine. L’ensemble des données recueillies suggère que cette charge est une conséquence de l’interaction entre les ions de l’eau (hydroxyde et hydronium) et le graphène, et qu’elle peut être réglée de manière pratique (en magnitude et en signe) en changeant le pH de l’eau. »
  • 23/05/2024 : Notre dernier article par l’ancienne doctorante du 2D-MEMBA, Dr. Sarah Chevrier, intitulé  » Gas Permeation through V2O5 Nanoribbons-Based Membrane  » vient d’être publié en ligne dans le nouveau journal Advanced Materials Interfaces et est disponible pour tous (en accès libre). Il s’agit de notre premier article sur l’intégration des matériaux minéraux lyotropes 2D chargés, un type de matériaux sur lequel nous travaillons depuis des décennies, pour la fabrication de membranes, ici pour la séparation des gaz. Ces premiers résultats très prometteurs sont très encourageants et confirment l’intérêt potentiel de ces matériaux dans ce domaine. N.B. nous avons découvert le potentiel de séparation de gaz de ces membranes dans le cadre d’un test de détection de perforations, préalable aux tests de filtration d’eau. © CEA
  • 14/05/2024 : Aujourd’hui, Damien Voiry, coordinateur de 2D-MEMBA, et ses collaborateurs ont publié une revue intitulée« Functionalized 2D nanolaminate membranes for nanofluidics and molecular sieving » dans la revue à fort impact Trends in Chemstry (IF 2023 =14). Le résumé explique que « cette revue résume les stratégies de nanochimie pour l’ingénierie des matériaux 2D et discute de l’effet de la modification des nanofeuilles sur l’architecture des nanocanaux (espace intercouche) et les propriétés physiochimiques de la surface (charge, affinité et hydrophilie) de la membrane nanolaminée. Elle met également en lumière l’importance des propriétés physiques et chimiques des nanofeuillets dans l’adaptation des performances des membranes nanolaminées en matériaux 2D (2DMM) pour le tamisage sélectif. Enfin, nous discutons des défis restants et des opportunités associées au développement des 2DMMs. »
  • 03/04/2024 : Aujourd’hui, la doctorante financée par le 2D-MEMBA, Mme Sarah Chevrier, a reçu de nombreux éloges et félicitations de la part du jury suite à la soutenance de son doctorat. Elle a donc reçu le diplôme de Docteur de l’Université Paris Saclay, la meilleure université scientifique de France, et va maintenant poursuivre sa carrière au sein du centre de recherche d’Air Liquide. Une version pdf de son manuscrit officiel de thèse est disponible ici.
  • 18/02/2024 : Un deuxième article est publié par l’équipe du CRPP 2D-MEMBA intitulé« Influence of Defects and Charges on the Colloidal Stabilization of Graphene in Water » a été publié aujourd’hui dans la revue internationale à comité de lecture Chemistry A European Journal. Dans ce travail, ils prouvent que les forces électrostatiques sont responsables de la stabilité du graphène entièrement exfolié dans l’eau et explorent l’influence des procédures d’oxydation et d’échange de solvants sur la qualité et la stabilité des dispersions aqueuses de graphène (Eau de graphène, EdG). Ils montrent que la quantité de défauts dans le graphène est limitée si l’oxydation du graphénide est effectuée avant d’exposer le matériau à l’eau, et que l’élimination de l’eau par gaz avant l’incorporation de graphène pré-oxydé est avantageuse pour la stabilité à long terme de l’EdG. L’article complet est disponible ici. © CRPP.
  • 08/03/2023 : publication du premier article de 2D-MEMBA intitulé« New direct osmosis membranes based on two-dimensional nanomaterials »: Avec le changement climatique et la croissance démographique, la sécurisation des ressources en eau est devenue l’un des plus grands défis des prochaines décennies. Pour répondre à la demande croissante, l’eau doit désormais être récupérée et purifiée. Une équipe internationale dirigée par Damien Voiry à l’ Institut Européen des Membranes (CNRS/ENSC Montpellier/Université de Montpellier) a récemment développé de nouvelles membranes d’osmose directe à base de nanomatériaux bidimensionnels. Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature Water. En optimisant la fabrication de membranes nanolaminées, ils ont développé des membranes à relativement grande surface, avec des tailles supérieures à 45 cm2, qui démontrent un rejet de sel de plus de 94% pour un temps de fonctionnement continu de 7 jours.

Lien ANR : financement du projet.