Un nouveau matériau pour purifier le gaz naturel
Publié par Adrien le 23/05/2017 à 00:00
Source: CNRS
Les domaines de la séparation et de la purification des gaz demandent des matériaux dont la porosité doit-être parfaitement contrôlée. Actuellement, les zéolites, composés inorganiques poreux, sont le plus souvent utilisés, mais réclament beaucoup d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) pour leur recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un produit, des matériaux qui le composent. L'un des exemples qui illustre...). Des chercheurs de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) saoudienne KAUST (1), de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) Lavoisier Versailles (CNRS/Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines) et de l'Institut Charles Gerhardt Montpellier (CNRS/Université de Montpellier/ENSCM) viennent de découvrir le KAUST-8, un metal organic framework (Un framework est un espace de travail modulaire. C'est un ensemble de bibliothèques et de conventions permettant le développement rapide d'applications. Il fournit suffisamment de briques logicielles et impose suffisamment de rigueur pour...) (MOF) qui purifie le gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent naturellement dans des roches poreuses sous forme gazeuse.) de son humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) et du dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute...), tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en se recyclant facilement. Ces travaux sont publiés dans la revue Science le 19 mai 2017.


A gauche, le gaz naturel comprend du dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), du méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à...) et de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). Au contact du KAUST-8 au centre de l'image, le dioxyde de carbone et l'eau sont piégés. A droite, le méthane est obtenu à l'état pur.
© Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm, heaume, casque, protection.) Maurin

Le gaz naturel extrait du sol a besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins...) que l'on élimine l'eau et le CO2 qu'il contient, afin que seul le méthane reste présent. Cette séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) s'opère grâce à divers matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) comme les zéolites, des cristaux d'aluminosilicates incroyablement poreux. Bien que très efficaces, ils demandent beaucoup d'énergie pour être régénérés entre chaque utilisation. Des chercheurs de l'université KAUST, de l'Institut Lavoisier Versailles et de l'Institut Charles Gerhardt Montpellier sont parvenus à concevoir un nouveau matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...) extrêmement stable et facilement recyclable: KAUST-8. Il appartient à la famille des metal organic frameworks (MOF), des matériaux cristallins composés d'ions métalliques et de ligands organiques. Ce nouveau MOF est formé d'unités métalliques d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.) fluorés associés à des ligands pyrazine.

KAUST-8 se présente sous la forme d'un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud...) tridimensionnel générant des tunnels si petits (0,36 nanomètre) qu'ils n'autorisent pas les molécules de méthane à pénétrer à l'intérieur. Les molécules d'eau et de dioxyde de carbone peuvent cependant y accéder et rester piégées par interactions avec des sites distincts: l'eau sur les sites métalliques d'aluminium et le dioxyde de carbone vers les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une...) de fluor (Le fluor est un élément chimique de symbole F et de numéro atomique 9. Il s'agit du premier élément de la famille des halogènes, de masse atomique 19.) et la pyrazine, prédit par des simulations numériques. KAUST-8 est ainsi capable de purifier le gaz naturel avec des performances bien meilleures que celles des autres tamis moléculaires couramment employés. Ces travaux montrent également qu'il est possible de moduler les propriétés structurales et chimiques des MOF afin de les adapter à la séparation de molécules de taille plus grande, d'un intérêt majeur dans le domaine de l'énergie et de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre...).

Notes:

(1) Université des sciences et technologies du roi Abdallah.
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