Journal de la science et de la technologie des membranes

Abstrait

Transformation des membranes céramiques commerciales en une première étape de membranes pour la séparation du CO2 après combustion

Sophie Cerneaux, Vincent Germain, Gil Francisco, David Cornu, Cédric Loubat, Eric Louradour, André Larbot et Eric Prouzet

Ce rapport décrit comment les membranes tubulaires en céramique commerciales, initialement conçues pour la filtration liquide, peuvent être modifiées pour fournir les composants de séparation de base d'une première étape de traitement et d'enrichissement des gaz de combustion dans la séparation du CO2 après combustion. Les membranes tubulaires en céramique de nanofiltration (NF) disponibles dans le commerce ont été transformées en une membrane pour la séparation du CO2 par un procédé en deux étapes comprenant un revêtement céramique supplémentaire et un greffage chimique. La combinaison du revêtement céramique et du greffage chimique modifie considérablement les propriétés de la membrane et transforme la membrane initialement conçue pour la filtration liquide en une membrane qui affiche une sélectivité CO2 vs N2 à l'opposé de la sélectivité basée sur Knudsen, avec une sélectivité idéale CO2:N2 de 2,3. Une deuxième étape de cette étude a porté sur la réduction du coût de la membrane, en commençant par un support en céramique à faible ultrafiltration (UF) de 200 nm spécialement fabriqué pour cette application à la place d'une membrane NF. Après avoir enduit avec succès une membrane céramique de 5 nm et une de 1 nm, cette membrane, greffée avec une molécule commerciale de fluorosilane, a été testée en perméation gazeuse pure de CO2 et N2, avec une sélectivité idéale CO2:N2=3. Enfin, la même membrane, greffée avec du glymo, a été testée en séparation d'un mélange CO2 (20%):N2 (80%), et en fonction du seuil de perméation. Une sélectivité CO2:N2 de 4 a été obtenue pour un seuil de perméation de 0,5, et même supérieure (sélectivité CO2:N2=14) pour les seuils de perméation faibles habituellement utilisés pour tester les membranes polymères denses. Ces résultats démontrent que les membranes poreuses céramiques commerciales peuvent être utilisées comme éléments de départ pour une première étape de nettoyage des gaz de postcombustion de CO2 et d'enrichissement en CO2.