Résumé
Au cours des deux dernières décennies, de nombreux efforts de recherche ont été consacrés à l’amélioration des performances des membranes céramiques pour la séparation de gaz (flux et sélectivité). L’un des axes privilégiés concerne le développement de membranes nano-composites intégrant des espèces organiques ou hybrides au sein des matrices céramiques peu sélectives. Pour chacune des options considérées, la robustesse du protocole de synthèse, l'optimisation du design, de la formulation et de la microstructure des membranes sur des supports industriels sont des verrous à considérer en parallèle des aspects purement économiques pour le développement de ces membranes à grande échelle. Ce travail décrit un nouveau concept de préparation de membranes composites de séparation de gaz, basé sur la polycondensation contrôlée d’alkoxysilanes fonctionnels au sein des pores d'une matrice mésoporeuse en céramique [1]. Cette approche novatrice vise la fabrication de membranes nanocomposites ultrafines, permettant un bon compromis entre perméabilité, sélectivité et résistance thermomécanique. En comparaison avec une simple infiltration des oligomères, le protocole de synthèse développé permet de contrôler la zone de formation du matériau membranaire par ajustement de la taille de chaines d'alkoxysilanes fonctionnels en fonction de la taille des pores. La polycondensation in-situ des alkoxysilanes permet de les bloquer à l'intérieur des pores de la couche mésoporeuse, en évitant la formation d’une couche épaisse et continue en surface. La perméabilité de ces membranes composites peut être modulée par l'épaisseur de la couche mésoporeuse en céramique, la taille de ses pores et la longueur des chaînes d'alkoxysilanes spécifiquement fonctionnalisées. Les membranes composites préparées possèdent une bonne stabilité thermomécanique et présentent une permance au CO2 d’environ 10-8 mol/(m2.s.Pa) à 25°C et 4 bars de pression transmembranaire. Le transport thermiquement activé mesuré pour l'hélium à 150°C permet d’atteindre des sélectivités He/CO2 élevées tant pour gaz purs que pour les mélanges. Références : 1. M. Drobek, A. Ayral; A. Julbe, C. Charmette, J. Motuzas, C. Loubat, E. Louradour, N. Del Bianco, Composite membranes, the preparation method and uses thereof, PCT Int. Appl. (2014), WO 2014016524 A1 20140130.