Un MOF piège deux gaz polluants simultanément

« Matériaux cages », « nanofilets », « éponges chimiques », autant d’appellations imagées qui désignent les matériaux micro et nanoporeux découverts ces dernières années. Leurs propriétés en font des matériaux convoités pour des processus de séparations sélectives ou d’absorption spécifiques particulièrement utiles dans les secteurs de l’énergie, de l’environnement ou de la santé. Si les chercheurs ont beaucoup travaillé sur les zéolithes, les oxydes de type alumino-silicates, les nanotubes de carbone et les polymères poreux, voici venu le temps des MOFs, abréviation anglophone pour « metal organic framework ». Comme les autres, ils présentent des cavités de taille nanométrique correspondant à des molécules courantes de bases comme l’eau, le dioxygène, le méthane, le dioxyde de carbone etc. Et la nouvelle famille créée par les scientifiques de l’université KAUST d’Arabie saoudite et de l’Institut Charles Gerhardt de Montpellier (CNRS/Université de Montpellier/ENSCM) permet d’envisager des économies notables dans le traitement et la récupération du méthane.

Tout faire en une seule étape

La purification du méthane lors de la captation du gaz naturel, du biogaz ou des gaz résiduels de raffinage nécessite des procédés complexes et coûteux. Il s’agit notamment d’en retirer des contaminants comme le sulfure d’hydrogène (H2S) et le dioxyde de carbone (CO²). Grâce à l’identification d’un nouveau MOF (AlFFIVE-1-Ni), cette équipe de scientifiques propose d’absorber, en une seule étape, simultanément, le H2S et le CO² dans un milieu riche en méthane. Leurs travaux ont été publiés dans Nature Energy fin octobre 2018. Les résultats montrent qu’il est possible d’extraire ces deux composés simultanément pour une grande gamme de concentrations différentes et pour des compositions de gaz très diverses. Ce qui est novateur dans cette recherche, c’est d’avoir réussi à concevoir un matériau qui adsorbe les deux molécules, en même temps et sans préférence pour l’une ou l’autre. En effet, généralement, les matériaux présentent des affinités chimiques distinctes pour H2S et CO², et H2S est plus favorablement adsorbé.

Les chercheurs ont aussi essayé de comprendre les mécanismes gouvernant cette double adsorption : ils pensent que l’une des explications réside dans le fait que les pores de ce matériau sont suffisamment petits pour assurer un confinement important des molécules adsorbées.

Cette découverte ouvre la voie à d’autres recherches pour simplifier les procédés d’extraction des gaz acides.