La nouvelle plate-forme technologique de l'Université Rice peut filtrer sélectivement les contaminants des eaux usées, eau potable et fluides industriels. Dans les essais, un revêtement technique de résine, polymère et charbon actif éliminés et piégés ions sulfate nocifs, et d'autres revêtements peuvent être utilisés dans la même plate-forme pour cibler d'autres contaminants. Crédit :Kuichang Zuo/Université du riz
Les scientifiques de l'Université Rice développent une technologie pour éliminer les contaminants de l'eau, mais seulement autant que nécessaire.
Le laboratoire Rice de l'ingénieur Qilin Li construit un système de traitement qui peut être réglé pour extraire sélectivement les toxines de l'eau potable et des eaux usées des usines, les systèmes d'égouts et les puits de pétrole et de gaz. Les chercheurs ont déclaré que leur technologie réduira les coûts et économisera de l'énergie par rapport aux systèmes conventionnels.
"Méthodes traditionnelles pour tout enlever, comme l'osmose inverse, sont chers et énergivores, " dit Li, le scientifique principal et co-auteur d'une étude sur la nouvelle technologie dans la revue American Chemical Society Sciences et technologies de l'environnement . "Si nous trouvons un moyen de simplement repêcher ces composants mineurs, nous pouvons économiser beaucoup d'énergie."
Le cœur du système de Rice est un ensemble de nouvelles électrodes composites qui permettent la déionisation capacitive. Le chargé, les électrodes poreuses tirent sélectivement les ions cibles des fluides traversant le système en forme de labyrinthe. Lorsque les pores se remplissent de toxines, les électrodes peuvent être nettoyées, restaurés à leur capacité d'origine et réutilisés.
« Cela fait partie d'un vaste champ de recherche pour trouver des moyens d'éliminer sélectivement les contaminants ioniques, " dit Li, professeur de génie civil et environnemental et de science des matériaux et nano-ingénierie. "Il y a beaucoup d'ions dans l'eau. Tout n'est pas toxique. Par exemple, le chlorure de sodium (sel) est parfaitement inoffensif. Nous n'avons pas besoin de l'enlever à moins que la concentration ne devienne trop élevée.
Dans la nouvelle plate-forme de traitement de l'eau de l'Université Rice, les revêtements des électrodes peuvent être échangés pour permettre à l'appareil d'éliminer sélectivement une gamme de contaminants des eaux usées, eau potable et fluides industriels. Dans les essais, un revêtement technique de résine, le polymère et le charbon actif ont éliminé et piégé les ions sulfate nocifs et laissent passer les ions de sel les plus courants. Crédit :Kuichang Zuo/Université du riz
"Pour de nombreuses applications, nous pouvons laisser derrière nous des ions non dangereux, mais il y a certains ions que nous devons éliminer, " dit-elle. " Par exemple, dans certains puits d'eau potable, il y a de l'arsenic. Dans nos conduites d'eau potable, il pourrait y avoir du plomb ou du cuivre. Et dans les applications industrielles, il y a des ions calcium et sulfate qui forment du tartre, une accumulation de dépôts minéraux qui encrassent et obstruent les tuyaux."
Le système de preuve de principe développé par l'équipe de Li a éliminé les ions sulfate, un minéral formant du tartre qui peut donner à l'eau un goût amer et agir comme un laxatif. Les électrodes du système étaient recouvertes de charbon actif, qui était à son tour recouvert d'un mince film de minuscules particules de résine maintenues ensemble par de l'alcool polyvinylique quaternisé. Lorsque de l'eau contaminée par des sulfates s'écoulait dans un canal entre les électrodes chargées, les ions sulfate ont été attirés par les électrodes, passé à travers le revêtement de résine et collé au carbone.
Des tests dans le laboratoire Rice ont montré que le revêtement chargé positivement sur la cathode capturait préférentiellement les ions sulfate par rapport au sel dans un rapport de plus de 20 à 1.
Les contaminants peuvent être éliminés des fluides qui traversent un chemin semblable à un labyrinthe entre les électrodes grâce à une technologie développée par les ingénieurs de l'Université Rice. La photo montre le chercheur postdoctoral de Rice, Kuichang Zuo, plaçant un séparateur qui canalise l'eau à travers le système. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
Les électrodes ont conservé leurs propriétés sur 50 cycles. "Mais en fait, dans le laboratoire, nous avons fait fonctionner le système pendant plusieurs centaines de cycles et je ne vois aucune rupture ou écaillage du matériau, " dit Kuichang Zuo, auteur principal de l'article et chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Li. "C'est très robuste."
Li a déclaré que le système est destiné à fonctionner avec les systèmes commerciaux actuels de traitement de l'eau. "Le vrai mérite de ce travail n'est pas que nous ayons pu éliminer sélectivement le sulfate, car il y a beaucoup d'autres contaminants qui sont peut-être plus importants, ", a-t-elle déclaré. "Le mérite est que nous avons développé une plate-forme technologique que nous pouvons utiliser pour cibler également d'autres contaminants en faisant varier la composition du revêtement de l'électrode."
L'équipe Rice développe des revêtements pour d'autres contaminants et travaille avec des laboratoires de l'Université du Texas à El Paso et de l'Arizona State University sur des systèmes de test à grande échelle. Zuo a déclaré qu'il devrait également être possible de réduire les systèmes de purification de l'eau à domicile.
Le chercheur postdoctoral de l'Université Rice, Kuichang Zuo, détient une unité de test assemblée de la technologie de traitement de l'eau ionique du laboratoire, qui élimine sélectivement les contaminants dangereux et ignore ceux qui sont inoffensifs. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
