Des scientifiques de l'Université de Nagoya ont mis au point un processus de fabrication en une étape qui améliore la capacité des nanocarbones à éliminer les ions de métaux lourds toxiques de l'eau. Les résultats, publié dans la revue ACS Applied Nano Materials, pourrait contribuer aux efforts visant à améliorer l'accès universel à l'eau potable.

Divers nanocarbones sont étudiés et utilisés pour purifier l'eau et les eaux usées en adsorbant des colorants, des gaz, composés organiques et ions métalliques toxiques. Ces nanocarbones peuvent adsorber les ions de métaux lourds, comme le plomb et le mercure, sur leurs surfaces par des forces d'attraction moléculaire. Mais cette attirance est faible, et donc ils ne sont pas des adsorbants très efficaces en eux-mêmes.

Pour améliorer l'adsorption, les scientifiques envisagent d'ajouter des molécules aux nanocarbones, comme les groupes amino, qui forment des liaisons chimiques plus fortes avec les métaux lourds. Ils essaient également de trouver des moyens d'utiliser toutes les surfaces disponibles sur les nanocarbones pour l'adsorption des ions métalliques, y compris les surfaces de leurs pores internes. Cela améliorerait leur capacité à adsorber plus d'ions métalliques à la fois.

Le scientifique des matériaux Nagahiro Saito de l'Institut d'innovation pour la société future de l'Université de Nagoya et ses collègues ont développé une nouvelle méthode de synthèse d'un « nanocarbone modifié par des acides aminés » qui adsorbe plus efficacement plusieurs ions de métaux lourds par rapport aux méthodes conventionnelles.

Ils ont mélangé du phénol, comme source de carbone, avec un composé appelé APTES, comme source de groupes amino. Ce mélange a été placé dans une chambre en verre et exposé à une haute tension, créer un plasma en liquide. La méthode qu'ils ont utilisée, appelé "procédé plasma solution, " a été maintenu pendant 20 minutes. Des précipités noirs de carbones amino-modifiés se sont formés et ont été recueillis, lavé et séché.

Une variété de tests ont montré que les groupes amino étaient uniformément répartis sur la surface du nanocarbone, y compris dans ses pores en forme de fente.

"Notre processus en une seule étape facilite la liaison des groupes amino sur les surfaces externes et internes du nanocarbone poreux, " dit Saito. " Cela a considérablement augmenté leur capacité d'adsorption par rapport à un nanocarbone seul. "

Ils ont soumis les nanocarbones modifiés aux aminés à dix cycles d'adsorption de cuivre, les ions métalliques zinc et cadmium, les laver entre chaque cycle. Bien que la capacité d'adsorption des ions métalliques diminue avec les cycles répétitifs, la réduction était faible, ce qui les rend relativement stables pour une utilisation répétitive.

Finalement, l'équipe a comparé leurs nanocarbones amino-modifiés avec cinq autres synthétisés par des méthodes conventionnelles. Leur nanocarbone avait la capacité d'adsorption la plus élevée pour les ions métalliques testés, indiquant qu'il y a plus de groupes amino sur leur nanocarbone que les autres.

« Notre processus pourrait contribuer à réduire les coûts de purification de l'eau et nous rapprocher de l'accès universel et équitable à une eau potable sûre et abordable pour tous d'ici 2030, " dit Saito.