Ayant grandi en Chine dans les années 1980, Baoxia Mi a reconnu que l'eau n'était pas quelque chose à prendre pour acquis.

"Quand mes parents étaient jeunes, il y avait beaucoup de rivières et de petits lacs dans la région. Mais quand j'étais enfant, la plupart des petits lacs étaient à sec, " le professeur de génie civil et environnemental a déclaré lors d'une récente pause à Davis Hall, où elle installe son nouveau laboratoire. "J'ai senti que l'environnement s'est continuellement détérioré avec le temps au fur et à mesure que je grandissais."

Cette expérience a éveillé l'intérêt de Mi pour l'eau et l'environnement, un voyage qui l'a conduite de la petite ville de Zhengding, dans le nord-est de la province du Hebei, au campus de Berkeley, plus récemment. où elle est pionnière dans la recherche de nouvelles façons de purifier l'eau et les eaux usées.

Mi, qui s'est joint à la faculté du collège l'été dernier, développe un nouveau type de membrane qui pourrait surpasser la technologie actuelle de filtration de l'eau et consommer moins d'énergie dans le processus. Son design est construit à partir d'oxyde de graphène, un matériau à base de carbone fabriqué à partir de graphite naturel, le même matériau que l'on trouve dans les crayons.

Le graphène ou l'oxyde de graphène est souvent présenté par les scientifiques comme étant particulièrement prometteur pour une utilisation dans une gamme d'applications liées à l'environnement, y compris le stockage d'énergie, production de carburant hydrogène et élimination de la pollution de l'air. Fabriqué à partir d'une fine couche de carbone, le matériau est léger mais solide, et peut très bien conduire la chaleur et l'électricité. C'est aussi abondant et pas cher.

Mi dit que les membranes fabriquées à partir de graphène ou d'oxyde de graphène peuvent éliminer plus efficacement les contaminants des eaux usées, y compris les produits pharmaceutiques, pathogènes et perturbateurs endocriniens - que les méthodes actuelles et peuvent être appliqués à la réutilisation des eaux usées, le dessalement de l'eau et le traitement des eaux pluviales.

Autrefois, les scientifiques ont tenté de fabriquer des membranes de dessalement à l'aide d'oxyde graphitique. Mais ces incursions ont échoué, Mi dit, en raison de la structure et de la taille du matériau. "L'oxyde graphitique est une grosse particule contenant de nombreuses couches de carbone, la membrane résultante est donc épaisse, avec un très faible taux de filtration de l'eau." dit-elle.

En revanche, le graphène et l'oxyde de graphène sont des matériaux bidimensionnels, et la structure 2-D permet aux scientifiques d'empiler des feuilles d'oxyde de graphène pour créer des membranes très minces. L'eau peut s'écouler extrêmement rapidement entre les feuilles de graphène empilées, Mi ajoute, car il y a peu de friction de sa structure. L'ajout d'oxygène au graphène le transforme en oxyde de graphène et ouvre plus d'espace dans la structure pour que l'eau puisse s'écouler, elle dit.

Le problème de longue date avec les membranes d'oxyde de graphène est que l'ajout d'oxygène rend le graphène plus susceptible de se dissoudre dans l'eau.

Mais lorsque Mi a pu faire adhérer un produit chimique aux feuilles d'oxyde de graphène pour les "coller" ensemble, la membrane est restée intacte dans l'eau. Les résultats de cette percée ont été publiés dans une revue académique de 2013.

Le développement d'une nouvelle application pour l'oxyde de graphène est l'aboutissement de l'attention presque unique de Mi sur le fonctionnement des membranes filtrant l'eau, une quête qui a commencé il y a plus de 15 ans au cours de sa dernière année d'université à l'Université de Tianjin. Au cours de cette année-là, elle a été exposée pour la première fois aux systèmes de filtration membranaire alors qu'elle menait des recherches en laboratoire avec un professeur.

En tant que doctorant à l'Université de l'Illinois-Urbana Champaign, elle a terminé sa carrière étudiante avec une thèse sur l'utilisation de membranes pour l'élimination de l'arsenic. Puis, après un post-doctorat à Yale (où elle s'est concentrée sur l'osmose directe) et un poste de professeur à l'Université George Washington, elle est arrivée à l'Université du Maryland, où elle a commencé ses recherches sur l'oxyde de graphène.

Mi, qui a enseigné un cours à Berkeley le semestre dernier sur les technologies émergentes pour la durabilité de l'eau, a obtenu un brevet sur les membranes en 2015. Et bien que les entreprises aient exprimé leur intérêt pour la commercialisation de la technologie, elle dit qu'il doit d'abord être testé à plus grande échelle.

Toujours, Mi dit qu'elle pense que la membrane serait très attrayante pour le gouvernement et l'industrie, surtout au milieu de la sécheresse de longue date de la Californie. En effet, leur capacité à être plus économes en énergie et moins coûteuses les rend potentiellement utiles dans le dessalement de l'eau de mer - une approche qui a été évoquée comme une solution potentielle pour augmenter l'approvisionnement en eau de l'État, pourtant est aujourd'hui considéré comme largement irréalisable en raison des coûts élevés et des besoins énergivores des usines de dessalement.

Mi ajoute qu'il y a un autre avantage pratique à utiliser des membranes d'oxyde de graphène :parce qu'elles fonctionnent avec un processus de séparation physique, ils peuvent être étendus à de grandes usines de traitement ou à un niveau domestique, branché à un robinet.

"C'est très flexible, compact et peu d'entretien, " dit-elle. " Nous travaillons très dur en ce moment pour les faire fonctionner pour le dessalement. "