La nanotechnologie s'est considérablement développée au cours de la dernière décennie et a permis de créer de nombreux nouveaux matériaux avec une vaste gamme d'applications potentielles. Les nanotubes de carbone sont un exemple de ces nouveaux matériaux et sont constitués de molécules cylindriques de carbone de quelques nanomètres de diamètre – un nanomètre équivaut à un millionième de millimètre. Les nanotubes de carbone possèdent une électronique exceptionnelle, propriétés mécaniques et chimiques, par exemple, ils peuvent être utilisés pour nettoyer l'eau polluée. Des scientifiques de l'Université de Vienne avaient récemment publié cette nouvelle recherche dans Sciences et technologies de l'environnement .
Parmi de nombreuses applications potentielles, les nanotubes de carbone sont d'excellents matériaux candidats pour nettoyer l'eau polluée. De nombreux polluants de l'eau ont une très grande affinité pour les nanotubes de carbone et les polluants pourraient être éliminés de l'eau contaminée par des filtres constitués de ce nanomatériau, par exemple des médicaments solubles dans l'eau qui peuvent difficilement être séparés de l'eau par du charbon actif. Les problèmes dus à la saturation des filtres pourraient être réduits car les nanotubes de carbone ont une très grande surface (par exemple 500 m 2 par gramme de nanotube) et par conséquent une très grande capacité de rétention des polluants. "La maintenance et les déchets liés à la dépollution des eaux pourraient ainsi être réduits", dit Thilo Hofmann, Vice-doyen de la Faculté des sciences de la Terre, Géographie et astronomie de l'Université de Vienne.
Évaluer la durabilité environnementale des nanotubes de carbone
De nombreuses recherches se sont concentrées sur les nanotubes de carbone au cours de la dernière décennie. Cependant, les propriétés exceptionnelles des nanotubes de carbone les rendent difficiles à étudier. Les méthodes standard donnent des résultats limités et le comportement des nanotubes de carbone dans des conditions réalistes est encore mal compris. "Les technologies innovantes présentent toujours des avantages et des inconvénients pour la qualité humaine et environnementale et une bonne compréhension des interactions entre les contaminants et les nanotubes de carbone ainsi que le comportement des nanotubes de carbone dans l'environnement est essentielle avant qu'ils ne puissent être utilisés dans des filtres", explique Mélanie Kah, qui fait des recherches sur ce projet avec Xiaoran Zhang.
Une équipe de chercheurs du Département de géosciences environnementales de l'Université de Vienne mène actuellement des recherches sur le sujet. Ils ont développé une méthode appelée « échantillonnage passif ». Les données produites par cette nouvelle méthode sont beaucoup plus fiables pour des applications réalistes car elles incluent des concentrations susceptibles de se produire dans l'environnement (généralement très faibles). Cela n'était pas possible avec les méthodes classiques qui ne peuvent traiter que des concentrations élevées.
Les expériences publiées maintenant dans la revue internationalement reconnue Sciences et technologies de l'environnement a pris plus d'un an. D'abord, la "méthode d'échantillonnage passif" a été développée qui permet de mesurer l'affinité d'une catégorie de contaminants cancérigènes - à savoir les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) - aux nanotubes de carbone. "Des séries de tests utilisant la chimie analytique et la microscopie électronique ont été réalisées avec des collaborateurs de l'Université d'Utrecht aux Pays-Bas, pour s'assurer que la méthode est appropriée, fiable et optimisé pour les nanotubes de carbone", illustre Thilo Hofmann. Une fois validé, la « méthode d'échantillonnage passif » a été utilisée pour mesurer l'affinité (absorption et adsorption) de plusieurs contaminants (HAP) aux nanotubes de carbone sur une très large gamme de concentrations.
Les contaminants se battent pour une place sur les nanotubes de carbone
Un autre aspect étudié par les scientifiques du Département des géosciences de l'environnement est le phénomène de compétition entre contaminants. De nombreux produits chimiques coexistent souvent dans l'environnement, surtout dans les plans d'eau pollués. En cas de concurrence, cela signifie qu'un contaminant peut ne pas se fixer aux nanotubes de carbone si de meilleurs concurrents coexistent. La concurrence n'est pas acceptable pour l'application du filtre car l'efficacité du filtre variera en fonction de la quantité et du type de contaminants présents. L'étude de la compétition renseigne également sur les mécanismes de sorption.
L'utilisation de techniques classiques avec des concentrations relativement élevées a montré que la compétition peut être très forte lorsque trois HAP coexistent avec des nanotubes de carbone. Inversement, des expériences avec la « méthode d'échantillonnage passif » à des concentrations susceptibles de se produire dans l'environnement ont montré qu'aucune compétition ne se produit si 13 HAP sont considérés ensemble. Cet exemple met en évidence l'importance de développer et d'utiliser des méthodes expérimentales pour produire des résultats adaptés aux conditions environnementales. Il reste encore de nombreuses questions à répondre pour évaluer pleinement le potentiel des nanotubes de carbone pour assainir les eaux polluées. « Nous continuons à travailler sur le sujet et les résultats de nos dernières expérimentations seront prochainement présentés lors de conférences internationales », conclut le géoscientifique environnemental, Thilo Hofmann.
