Des chercheurs de l'Université de Washington ont créé un matériau semblable à une éponge, la gauche, à partir de pâte de bois et de petits morceaux de métal qui peuvent enlever la couleur des colorants dans l'eau en quelques secondes. Plus de matériel est montré dans les tubes sur la droite. Crédit :Mark Stone/Université de Washington
Les colorants sont largement utilisés dans des industries telles que les textiles, produits de beauté, préparation des aliments, fabrication du papier et des matières plastiques. Globalement, nous en produisons environ 700, 000 tonnes, soit le poids de deux Empire State Buildings, de teinture chaque année pour colorer nos vêtements, le fard à paupières, jouets et distributeur de bonbons.
Lors de la fabrication, environ un dixième de tous les produits de teinture sont rejetés dans le flux de déchets. La plupart de ces colorants échappent aux procédés conventionnels de traitement des eaux usées et restent dans l'environnement, atteignant souvent les lacs, rivières et étangs de retenue, et contaminer l'eau pour les plantes et les animaux aquatiques qui y vivent. Même un peu de couleur ajoutée peut bloquer la lumière du soleil et empêcher la photosynthèse des plantes, qui perturbe l'ensemble de l'écosystème aquatique.
Une équipe dirigée par l'Université de Washington a créé un moyen écologique d'éliminer la couleur des colorants dans l'eau en quelques secondes. La technique a été décrite dans un article publié en ligne en juin dans la revue Catalyse appliquée B :Environnement .
"Une petite quantité de colorant peut polluer un grand volume d'eau, nous devions donc trouver un moyen d'éliminer très rapidement et efficacement la couleur, " a déclaré l'auteur principal Anthony Dichiara, professeur adjoint de sciences et d'ingénierie des bioressources à l'UW School of Environmental and Forest Sciences. « Nous avons été assez impressionnés par ce que nous avons pu accomplir. »
L'équipe de recherche a développé une méthode qui élimine la couleur de l'eau à l'aide d'un matériau semblable à une éponge qu'ils ont créé à partir de pâte de bois et de petits morceaux de métal. Cellulose, la structure principale des parois cellulaires végétales et le matériau naturel le plus abondant sur Terre, fournit l'épine dorsale du matériel, qui est décoré de minuscules morceaux de palladium. Ce métal sert de catalyseur pour aider à éliminer rapidement la couleur.
Au lieu d'enlever le colorant de l'eau, l'équipe de recherche a cherché à changer la couleur des colorants en quelque chose qui se situe en dehors de ce que nous pouvons voir dans le spectre visible. Une réaction chimique peut, par exemple, perturber la couleur rouge et la rendre claire, ou incolore. Dans le cas des déchets de teinture qui colorent artificiellement l'eau des lacs et empêchent la photosynthèse, changer le colorant du rouge au clair devrait permettre aux plantes de repousser normalement.
La réduction chimique des colorants à l'aide de molécules appelées « agents réducteurs » peut modifier la structure du colorant et faire passer sa couleur du rouge ou du bleu au clair. Cependant, la réaction n'est pas très efficace et peut prendre des semaines à se produire. Le matériau de l'UW contient un catalyseur qui fonctionne avec l'agent réducteur pour accélérer ce processus jusqu'à presque instantanément.
Dans le nouveau journal, les chercheurs décrivent le processus simple et durable qu'ils ont développé pour fabriquer le matériau décolorant. Les chercheurs ont combiné des molécules de cellulose avec du palladium métallique, chauffé la solution et mélangée dans un mélangeur. Ensuite, ils ont purifié et lyophilisé le matériau pour qu'il devienne poreux, substance réutilisable. L'éponge qui en résulte est composée à plus de 99 % d'air - ses pores larges permettent à l'eau de s'écouler et de tandis que les particules de catalyseur métallique à l'intérieur du matériau éliminent toute couleur présente.
Les chercheurs détiennent un petit morceau du matériau semblable à une éponge dans de l'eau contenant un colorant bleu. Après environ 10 secondes, l'eau dans le bécher devient claire. Crédit :Mark Stone/Université de Washington
Comme une vraie éponge, le matériau peut être extrait de son eau et réutilisé plusieurs fois sans perdre la capacité d'éliminer la couleur de l'eau. Les chercheurs disent qu'il est difficile de fabriquer un matériau aussi léger et impeccable après de nombreuses séries de compression et de filtrage, surtout lorsque la génoise doit conserver sa structure de fromage suisse fusionnée avec des particules réductrices de couleur.
Les chercheurs ont testé leur éponge en laboratoire à l'aide de colorants bleus et rouges que l'on trouve couramment dans l'industrie textile. Ils ont versé l'eau colorée, déjà mélangée à la molécule existante qui aide à réduire la couleur, sur l'éponge. Au fur et à mesure que le liquide traverse le matériau, l'eau résultante était claire. Dans un autre essai, ils ont fait tourbillonner l'éponge à l'intérieur d'un bocal contenant de l'eau teintée en bleu, et après environ 10 secondes, la couleur a disparu.
En dehors des tests de laboratoire, les chercheurs disent que de nombreux petits matériaux ressemblant à des éponges pourraient être libérés dans un lac pollué par un colorant, avec la molécule pour aider à réduire la couleur. Semblable à faire tourner un sachet de thé autour d'une tasse, les éponges pourraient être traînées autour du lac jusqu'à ce que toute la couleur disparaisse.
"Une petite quantité de colorant peut changer radicalement la couleur d'un lac, " a déclaré Dichiara. " Cette méthode pourrait bien fonctionner lorsque vous avez de faibles concentrations de colorant dans l'eau dont vous devez vous occuper très rapidement. "
