Une image au microscope de la membrane après le filtrage. Les particules d'or sont bien dispersées. Crédit :John Wiley et fils
(Phys.org) - Une membrane composée de fibres polymères et de protéines constitue un nouveau filtre pour les minuscules, particules nanométriques dans des solutions aqueuses. Le résultat d'une telle recherche, ce qui a été fait par le professeur Mady Elbahri et son équipe de l'Institut des sciences des matériaux de l'Université de Kiel (KU) et de l'Institut de recherche sur les polymères de Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG), a récemment été publié comme article de couverture dans le numéro actuel de Matériaux fonctionnels avancés .
Un Nanofluide, ce qui signifie une suspension colloïdale de p. nanoparticules métalliques dans l'eau, passe facilement à travers les membranes polymères macroporeuses couramment utilisées. Les particules sont trop petites pour être retenues en utilisant des diamètres de trous compris entre trois et quatre micromètres. En outre, les particules bloqueraient rapidement les ouvertures de tamis plus petites. D'où, une pression serait nécessaire pour filtrer le fluide.
Le graphique montre une membrane constituée de fibres polymères (rouges et noires) avec des protéines (bleues) qui ont activé leur capacité à capturer toutes les nanoparticules métalliques. Lorsque le Nanofluide avec des particules métalliques (en haut) passe à travers le tamis, les protéines retiennent les particules. À la fin, il y a un liquide qui est exempt de particules. Crédit :John Wiley et fils
Afin de résoudre ces problèmes, Elbahri et son équipe ont biofonctionnalisé leur membrane et ajouté une protéine disponible dans le commerce aux fibres. "Nous avons découvert que la protéine subit un changement de conformation sous l'eau, et sa capacité à capturer toutes les nanoparticules métalliques lors du processus de filtration est activée", explique Elbahri. "C'est une avancée", ajoute le co-auteur Dr Shahin Homaeigohar. « Le même principe nous permettra, espérons-le, pour filtrer les biomolécules et les organismes des eaux usées."
De la filtration à l'énergie solaire thermique
Lorsque le nano tamis capture des particules métalliques telles que l'or, une autre application est à portée de main, car, aucune autre méthode n'a réussi à disperser les particules aussi bien. "Ce résultat était inattendu", dit Elbahri. « Dans des conditions sèches, la membrane montre la couleur du métal, dans ce cas le rouge des nanoparticules d'or". Lorsque la membrane est mouillée, il devient noir. "Puis, il agit comme un absorbeur noir parfait omnidirectionnel, qui peut être utilisé comme absorbeur solaire. » Elbahri ajoute :« En effet, nous comblons les écarts entre plusieurs disciplines, chimie, la physique, la bioscience et la science des matériaux, c'est-à-dire et le groupe Nanochimie et Nano-ingénierie a maintenant lancé la première étape vers l'intradisciplinarité des nanosciences."
Le Nanofluide avec des particules d'or (à gauche) et la solution filtrée (à droite). Toutes les particules métalliques sont filtrées. Crédit :CAU, Photo :Claudia Eulitz
Application comme virus et bio-filtre
Le nano tamis permettra de filtrer de très petites particules ou biomolécules et organismes tels que les virus hors de l'eau. Les scientifiques impliqués ont déjà breveté leur innovation, un bio-nano-composite, en Europe. Un autre brevet pour les États-Unis est en route. Outre son application dans la filtration de l'eau, le tamis nano présente de grands potentiels en tant qu'absorbeur solaire et en tant que catalyseur. "En tout, le résultat est une avancée vers la conception d'un procédé de filtration opératoire, comme nouvelle voie de fabrication de matériaux fonctionnels, et offre des efficacités commercialement attractives à faible coût", dit Elbahri.
