Il faut beaucoup d'énergie pour collecter, nettoyer et éliminer l'eau contaminée. Certains contaminants, comme l'arsenic, se produisent à de faibles concentrations, appelant à des procédés d'élimination sélective encore plus énergivores.

Dans un nouveau journal, les chercheurs abordent cette relation eau-énergie en introduisant un dispositif qui peut purifier et assainir l'eau contaminée par l'arsenic en une seule étape. En utilisant des électrodes polymères spécialisées, l'appareil peut réduire l'arsenic dans l'eau de plus de 90 % tout en utilisant environ 10 fois moins d'énergie que les autres méthodes.

Les résultats de la nouvelle étude sont publiés dans la revue Matériaux avancés . L'arsenic est un élément naturel qui pénètre dans les aquifères, les cours d'eau et les lacs lorsque l'eau réagit avec les roches contenant de l'arsenic et est considérée comme hautement toxique, les chercheurs ont dit. Il s'agit d'un problème mondial qui touche plus de 200 millions de personnes dans 70 pays.

Tout l'arsenic n'est pas pareil, dit Xiao Su, un professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'Université de l'Illinois qui a dirigé l'étude. La forme la plus dangereuse d'arsenic, connu sous le nom d'arsénite, est très réactif avec les tissus biologiques, mais se convertit en une forme moins toxique, appelé arséniate, par une simple réaction d'oxydation.

"Nous pouvons éliminer l'arsénite de l'eau en utilisant des absorbants, membranes spécialisées ou évaporation, mais ce sont tous des processus très énergivores qui laissent en fin de compte beaucoup de déchets toxiques, " a dit Su. " En ayant un dispositif qui peut capturer l'arsénite avec une sélectivité élevée et le convertir en une forme moins toxique, nous pouvons réduire la toxicité des déchets tout en purifiant l'eau."

Le dispositif de validation de principe fonctionne en intégrant les étapes de séparation et de réaction des contaminants dans une seule unité avec une cellule électrocatalytique, similaire à une batterie, utilisant des polymères redox-actifs. Lorsque l'eau contaminée pénètre dans l'appareil, la première électrode polymère capte sélectivement l'arsénite et l'envoie vers l'autre électrode polymère, où il est dépouillé de deux de ses électrons - ou oxydé - pour former de l'arséniate. L'eau pure sort alors de l'appareil, et les déchets d'arséniate sont concentrés pour une élimination ultérieure, dit Su.

"Le processus est alimenté par des réactions électrochimiques, ainsi l'appareil ne nécessite pas beaucoup d'électricité pour fonctionner et permet la réutilisation des électrodes en se basant uniquement sur le potentiel électrochimique, " a déclaré Su. " La combinaison des étapes de séparation et de réaction en un seul appareil est un exemple de ce que nous appelons l'intensification des processus, qui, selon nous, est une approche importante pour répondre aux préoccupations environnementales liées à l'énergie et à l'eau, en particulier, la quantité d'énergie qu'il faut pour purifier et assainir l'eau contaminée.

En plus d'une durabilité et d'une efficacité énergétique améliorées, cette approche électrochimique présente des avantages pour le déploiement sur le terrain, les chercheurs ont dit. Les utilisateurs peuvent faire fonctionner l'appareil à l'aide de panneaux solaires dans des zones où l'électricité est rare, comme dans certaines régions rurales du Bangladesh, un pays où plus de 60% de la population est touchée par des eaux contaminées à l'arsenic, les chercheurs ont dit.

Il y a des défis à relever avant que l'appareil ne soit prêt pour une mise en œuvre dans le monde réel. "Nous devons augmenter la stabilité des électrodes car ce processus devra être répété plusieurs fois pendant l'exécution, " dit Su. "Nous utilisons des produits très spécialisés, matériaux polymères très avancés pour les électrodes. Cependant, nous devons nous assurer de les concevoir non seulement pour qu'ils soient hautement sélectifs pour l'arsenic, mais aussi très stables et robustes de sorte qu'ils n'ont pas besoin d'être remplacés constamment. Cela nécessitera un développement chimique supplémentaire pour surmonter. »