Face à la raréfaction de l'eau, Le chercheur principal du Laboratoire national d'Argonne, Seth Darling, décrit les innovations de recherche les plus avancées qui pourraient aborder l'accessibilité mondiale à l'eau potable. Son article complet se concentre sur la compréhension et le contrôle des interfaces entre les matériaux et l'eau.

Les interfaces déterminent les performances de technologies telles que les capteurs de qualité de l'eau, membranes de filtration et même des tuyaux. Les propres laboratoires de Darling travaillent sur des adsorbants pour faire progresser le traitement de l'eau. Il a présenté ses conclusions cette semaine dans le Journal de physique appliquée .

Adsorbants

L'adsorption est l'un des meilleurs mécanismes pour nettoyer l'eau. Dans ce processus, les contaminants adhèrent à la surface des matériaux poreux pour maximiser le rapport surface/volume.

Le charbon actif très poreux est le plus utilisé car il est abondant et peu coûteux. Les zéolites peuvent piéger des molécules entières dans leurs structures de cage cristallines 3-D, leur permettant de lier sélectivement des composés particuliers à partir de solutions à base d'eau. Les sorbants à base de polymère ont une flexibilité presque illimitée dans leur conception.

« Nous continuerons à nous appuyer sur ces technologies éprouvées, " a dit Darling. " Mais il y a aussi un besoin pressant pour des absorbants qui sont plus efficaces et économes en énergie. "

Réutilisabilité

La réutilisabilité est une mesure critique pour les matériaux absorbants, ce qui peut réduire considérablement les coûts et augmenter la durabilité d'un processus de traitement. Les éponges en mousse polymère sont des candidats prometteurs pour cette approche.

Darling dirige un groupe qui a créé l'éponge Oleo, qui peut absorber 90 fois son poids en huile dans toute la colonne d'eau. Pour créer l'éponge Oleo, les chercheurs ont mis en œuvre une technique appelée synthèse par infiltration séquentielle (SIS). En utilisant le SIS, ils ont fait pousser de l'oxyde métallique dans les fibres de la mousse pour transformer la mousse de polyuréthane courante, trouvé dans les coussins de siège, dans un adsorbant d'huile.

L'oxyde sert de "colle" à laquelle se fixent les molécules (oléophiles) qui aiment l'huile. L'huile réutilisable est extraite de l'éponge, il peut donc être utilisé à plusieurs reprises.

Cibler les polluants individuels

Les chercheurs conçoivent également des absorbants de nouvelle génération qui ont une spécificité plus élevée — un pouvoir de liaison plus élevé pour cibler les polluants individuels. Idéalement, les chercheurs pourraient adapter les propriétés interfaciales pour adsorber des molécules spécifiques afin de capturer les contaminants de l'eau difficiles comme les nutriments et les métaux lourds.

Les chercheurs étudient maintenant comment réutiliser les structures métallo-organiques (MOF), un matériau déjà utilisé en sorption de gaz, dans ce but. Concernant les zéolithes, Les MOF sont constitués d'ions métalliques ou d'agrégats liés par des ligands organiques. Les MOF ont une grande surface, structures contrôlables et pores réglables.

"Nous avons une crise de l'eau, qui repose sur l'augmentation de la population, l'urbanisation et le dérèglement climatique. Et il y a une utilisation non durable de notre eau, " Darling a déclaré. " Une partie de la résolution de ce problème passe par des solutions politiques, mais nous avons aussi besoin de nouveau, technologies plus économes en énergie et plus rentables."