Le nitrate est un contaminant gênant des eaux souterraines qui est principalement causé par le ruissellement des engrais sur les terres agricoles. De nombreux puits dans les régions agricoles dépassent la limite de l'EPA pour les nitrates dans l'eau potable, et sans option de traitement économique, l'eau est impropre à la consommation.

Mais les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et de l'Université de Stanford ont mis au point une technologie capable d'éliminer sélectivement les nitrates de l'eau, préserver les minéraux bénéfiques et réduire considérablement le coût du traitement par rapport aux autres méthodes de purification, comme l'osmose inverse.

« Notre technologie peut s'étendre de la taille d'un évier à la taille d'une usine municipale et augmentera la disponibilité de l'eau douce dans les zones sous-financées, " a déclaré Patrick Campbell, scientifique des matériaux du LLNL, co-auteur principal d'un article paru en ligne et dans une future édition de couverture de la revue Sciences et technologies de l'environnement .

La contamination des ressources en eau par les nitrates est un problème croissant et important, surtout dans les régions agricoles. Conscient de cela, l'équipe a utilisé des électrodes de déionisation capacitives en carbone ultramicroporeux avec des pores de moins d'un nanomètre, parfaites pour éliminer les molécules de nitrate.

La déionisation capacitive (CDI) est une technologie de traitement de l'eau qui peut être utilisée pour éliminer le sel des eaux saumâtres à faible salinité. En plus du dessalement général, Le CDI peut être utilisé pour l'élimination sélective de contaminants ioniques spécifiques. L'un des principaux contaminants est le nitrate, qui est réglementé par l'Environmental Protection Agency des États-Unis à un niveau de contaminant maximal dans l'eau potable de 10 milligrammes par litre.

Cependant, des études suggèrent que la concentration de nitrate dans les eaux souterraines augmente de 1 à 3 milligrammes par litre par an, rendant le développement de méthodes de traitement ecaces de plus en plus important.

"Il est raisonnable de s'attendre à ce qu'une distribution de la taille des pores de pores exclusivement étroits élimine les ions indésirables communs en faveur de l'adsorption sélective du nitrate, " a déclaré Michael Stadermann, Scientifique des matériaux LLNL et co-auteur principal de l'article.

Pour démontrer la sélectivité, l'équipe a choisi le chlorure et le sulfate car on les trouve couramment dans les eaux de ruissellement, et, avec le nitrate, couvrent une large section transversale des propriétés des ions hydratés. Ils ont découvert que l'électrode éliminait le nitrate de l'eau beaucoup plus efficacement qu'elle n'éliminait le chlorure et le sulfate.

Pour mieux comprendre pourquoi le nitrate est préférentiellement éliminé par rapport au sulfate et au chlorure, l'équipe a réalisé des simulations dynamiques moléculaires de premier principe du chlorure, les ions nitrate et sulfate dissous dans l'eau en vrac.

"Ces simulations haute fidélité donnent un aperçu de la structure d'hydratation de chaque ion, y compris la géométrie et la force de solvatation, qui peut être directement liée à la sélectivité ionique observée dans les expériences, ", a déclaré Campbell.