Une membrane polymère souple incorporant des nanoparticules de PAF absorbe sélectivement près de 100% des métaux tel le mercure, cuivre ou fer lors du dessalement, produire plus efficacement propre, eau salubre. Crédit :UC Berkeley photos avec l'aimable autorisation d'Adam Uliana
Université de Californie, Berkeley, les chimistes ont découvert un moyen de simplifier l'élimination des métaux toxiques. comme le mercure et le bore. pendant le dessalement pour produire de l'eau propre, tout en capturant potentiellement des métaux précieux, comme l'or.
Le dessalement, c'est-à-dire l'élimination du sel, n'est qu'une étape dans le processus de production d'eau potable, ou de l'eau pour l'agriculture ou l'industrie, de l'océan ou des eaux usées. Soit avant, soit après le retrait du sel, l'eau doit souvent être traitée pour éliminer le bore, qui est toxique pour les plantes, et les métaux lourds comme l'arsenic et le mercure, qui sont toxiques pour l'homme. Souvent, le processus laisse derrière lui une saumure toxique qui peut être difficile à éliminer.
La nouvelle technique, qui s'ajoute facilement aux procédés actuels de dessalement par électrodialyse membranaire, élimine près de 100 % de ces métaux toxiques, produire une saumure pure avec de l'eau pure et isoler les métaux précieux pour une utilisation ou une élimination ultérieure.
« Les usines de dessalement ou de traitement de l'eau nécessitent généralement une longue série de des systèmes de pré et post-traitement par lesquels toute l'eau doit passer, un par un, " dit Adam Uliana, un étudiant diplômé de l'UC Berkeley qui est le premier auteur d'un article décrivant la technologie. "Mais ici, nous avons la possibilité de faire plusieurs de ces étapes en une seule, ce qui est un processus plus efficace. Essentiellement, vous pouvez l'implémenter dans des configurations existantes."
Les chimistes de l'UC Berkeley ont synthétisé des membranes polymères flexibles, comme ceux actuellement utilisés dans les procédés de séparation membranaire, mais des nanoparticules intégrées qui peuvent être réglées pour absorber des ions métalliques spécifiques (ions d'or ou d'uranium, par exemple. La membrane peut incorporer un seul type de nanoparticule accordée, si le métal doit être récupéré, ou plusieurs types différents, chacun réglé pour absorber un métal ou un composé ionique différent, si plusieurs contaminants doivent être éliminés en une seule étape.
La membrane polymère lacée de nanoparticules est très stable dans l'eau et à haute température, ce qui n'est pas le cas de beaucoup d'autres types d'absorbeurs, y compris la plupart des charpentes métallo-organiques (MOF), lorsqu'il est noyé dans des membranes.
Les chercheurs espèrent pouvoir régler les nanoparticules pour éliminer d'autres types de produits chimiques toxiques, incluant un contaminant commun des eaux souterraines :le PFAS, ou des substances polyfluoroalkylées, que l'on trouve dans les plastiques. Le nouveau procédé, qu'ils appellent électrodialyse par capture d'ions, pourrait également éliminer les isotopes radioactifs des effluents des centrales nucléaires.
Des membranes polymères avec des nanoparticules intégrées qui éliminent sélectivement les composés ioniques (en haut) sont utilisées en électrodialyse (en bas) pour éliminer non seulement le sel mais aussi les métaux, dont beaucoup sont toxiques, produire de l'eau pure et propre et une saumure non toxique plus facile à éliminer. Les membranes (verte et rouge) peuvent être rincées et réutilisées plusieurs fois, tandis que les métaux précieux pourraient potentiellement être récupérés. Crédit:UC Berkeley photo avec l'aimable autorisation d'Adam Uliana
Dans leur étude, à paraître cette semaine dans la revue Science , Uliana et l'auteur principal Jeffrey Long, professeur de chimie à l'UC Berkeley, démontrer que les membranes polymères sont très efficaces lorsqu'elles sont incorporées dans des systèmes d'électrodialyse à membrane - où une tension électrique entraîne des ions à travers la membrane pour éliminer le sel et les métaux - et la dialyse par diffusion, qui est principalement utilisé dans le traitement chimique.
"L'électrodialyse est une méthode connue pour faire du dessalement, et ici nous le faisons d'une manière qui incorpore ces nouvelles particules dans le matériau de la membrane et capture les ions toxiques ciblés ou les solutés neutres, comme le bore, " dit Long. " Alors, pendant que vous conduisez des ions à travers cette membrane, vous décontaminez également l'eau pour, dire, Mercure. Mais ces membranes peuvent aussi être très sélectives pour éliminer d'autres métaux, comme le cuivre et le fer, à haute capacité."
Les pénuries mondiales d'eau nécessitent la réutilisation des eaux usées
Les pénuries d'eau deviennent monnaie courante dans le monde, notamment en Californie et dans l'Ouest américain, aggravée par le changement climatique et la croissance démographique. Les communautés côtières installent de plus en plus d'usines pour dessaler l'eau de mer, mais les communautés de l'intérieur, trop, cherchent des moyens de transformer les sources contaminées - les eaux souterraines, les eaux de ruissellement agricoles et les déchets industriels en eau potable pour les cultures, maisons et usines.
Alors que l'osmose inverse et l'électrodialyse fonctionnent bien pour éliminer le sel des sources d'eau à haute salinité, comme l'eau de mer, la saumure concentrée laissée peut contenir des niveaux élevés de métaux, dont le cadmium, chrome, Mercure, mener, le cuivre, zinc, or et uranium.
Mais l'océan est de plus en plus pollué par l'industrie et le ruissellement agricole, et les sources intérieures encore plus.
"Ce serait particulièrement utile pour les zones qui ont de faibles niveaux de contaminants qui sont toujours toxiques à ces faibles niveaux, ainsi que différents sites d'eaux usées qui contiennent de nombreux types d'ions toxiques dans leurs flux, " dit Long.
