Des chercheurs suédois ont mis au point une méthode plus écologique pour éliminer les métaux lourds, colorants et autres polluants de l'eau. La réponse réside dans le filtrage des eaux usées avec un matériau de gel issu de la cellulose végétale et enrichi de petits points de carbone produits dans un four à micro-ondes.

Reportage dans la revue Marials et technologies durables , chercheurs du KTH Royal Institute of Technology, en collaboration avec Politecnico di Torino, mis au point une technique plus durable pour produire des composites d'hydrogel, un type de matériau largement étudié pour la décontamination des eaux usées.

Minna Hakkarainen, qui dirige la division de la technologie des polymères au KTH Royal Institute of Technology, dit que les hydrogels éliminent les contaminants tels que les ions de métaux lourds, colorants et autres polluants courants.

"La quantité totale d'eau sur Terre ne change pas avec le temps, mais la demande le fait, " dit-elle. " Ces hydrogels entièrement lignocellulosiques offrent une solution prometteuse, solution durable pour aider à garantir l'accès à l'eau potable.

Les composites d'hydrogel peuvent être fabriqués à partir de 100 pour cent de lignocellulose, ou la matière végétale - la bioressource la plus abondante sur Terre, elle dit.

Un ingrédient est la gomme de cellulose (carboxyméthylcellulose, ou CMC), un épaississant et une émulsion généralement dérivés de la pâte de bois ou des sous-produits du traitement du coton et utilisés dans divers produits alimentaires, y compris la crème glacée. Des points de carbone de type oxyde de graphène synthétisés à partir de la biomasse à l'aide de la chaleur micro-ondes sont ajoutés à l'hydrogel. Les composites d'hydrogel sont ensuite durcis à la lumière UV, un processus doux qui a lieu dans l'eau à température ambiante.

Les hydrogels sont constitués d'un réseau de chaînes polymères qui non seulement absorbent l'eau, mais aussi collecter des molécules et des ions au moyen d'interactions électrostatiques, un processus connu sous le nom d'adsorption. Hakkarainen dit que le nouveau processus renforce également la stabilité des composites d'hydrogel afin qu'ils puissent durer plus longtemps que les hydrogels ordinaires pour des cycles répétés de purification de l'eau.

L'oxyde de graphène est devenu un additif privilégié de ce mélange, en raison de sa grande capacité d'adsorption, mais le coût environnemental de la production d'oxyde de graphène est élevé.

"L'oxyde de graphène est un excellent adsorbant, mais le processus de production est dur, " dit-elle. " Notre itinéraire est basé sur des matières premières biosourcées communes et des procédés nettement plus doux avec moins d'impact sur l'environnement. "

Le graphène est dérivé du graphite, une forme cristalline de carbone que la plupart des gens reconnaîtraient comme le "plomb" des crayons. Sous forme oxydée, il peut être utilisé dans les hydrogels, mais le processus d'oxydation nécessite des produits chimiques et des conditions difficiles. La synthèse du graphène à partir de la biomasse nécessite souvent des températures allant jusqu'à 1300C.

Par contre, les chercheurs de KTH ont trouvé un moyen de carboniser la biomasse à des températures beaucoup plus basses. Ils ont réduit le lignosulfate de sodium, un sous-produit de la pâte de bois, en flocons de carbone en le chauffant dans de l'eau dans un four à micro-ondes. L'eau est portée à 240C, et il est maintenu à cette température pendant deux heures.

Finalement, après un processus d'oxydation, ils ont produit des points de carbone d'environ 10 à 80 nanomètres de diamètre, qui sont ensuite mélangés avec la CMC méthacrylée et traités avec de la lumière UV pour former l'hydrogel.

"C'est un simple, système durable, " dit Hakkarainen. " Ça marche aussi, sinon mieux, que les systèmes d'hydrogel actuellement utilisés."