Composés organiques dans les eaux usées, tels que les colorants et pigments dans les effluents industriels, sont toxiques ou ont un effet mortel sur la vie aquatique et les humains. De plus en plus de preuves ont montré que les contaminants organiques rejetés par la galvanoplastie, fabrication de textiles, produits de beauté, les produits pharmaceutiques sont les principales raisons des taux de morbidité plus élevés du rein, le foie, et les cancers de la vessie, etc. Contaminants organiques, en particulier le bleu de méthyle et l'orange de méthyle, sont stables à la lumière, la chaleur ou les agents oxydants et très difficiles à éliminer par les techniques conventionnelles de traitement chimique ou biologique des eaux usées. Récemment, les scientifiques ont développé de nouvelles stratégies avec de bonnes performances d'élimination des colorants; cependant, une procédure ultérieure de purification de l'adsorbant est inévitable après traitement de l'eau, qui sont souvent compliquées et ne conviennent pas au traitement pratique de l'eau.

Maintenant, utilisant la technique de fabrication induite par laser, une équipe de chercheurs chinois de l'Université du Shandong, La Chine a développé un nouvel absorbant de colorant appelé nanoparticules hybrides d'argent et de sulfure d'argent (nanoparticules hybrides Ag2S@Ag) et a démontré les performances d'adsorption supérieures du nanomatériau pour éliminer le bleu de méthyle et l'orange de méthyle des eaux usées. Plus important, les nouveaux adsorbants peuvent être éliminés directement des solutions par des filtres sans procédures de purification absorbante, car les nanoparticules hybrides à base d'argent seront agglomérées et déposées au fond après adsorption des colorants, fournir un vert, Facile, solution rapide et peu coûteuse pour la purification de l'eau. Cette semaine dans le journal Matériaux optiques Express , de la Société d'optique (OSA), les chercheurs décrivent le travail.

"Sans utiliser de réactifs ou d'installations chimiques coûteux, le procédé de fabrication induit par laser est peu coûteux, rapide, voie simple et polyvalente pour la fabrication de nanocristaux hybrides Ag2S@Ag, " dit Ming Chen, l'auteur principal et professeur agrégé de l'École de physique et du State Key Laboratory of Crystal Materials de l'Université du Shandong, Chine. "Après avoir adsorbé des colorants tels que le bleu de méthyle et l'orange de méthyle, les adsorbants agglomérés et déposés peuvent être facilement éliminés des solutions par des filtres, qui sont très bénéfiques pour les stations d'épuration pratiques."

L'équipe de Chen a utilisé une technique appelée ablation laser pour fabriquer des nanocristaux hybrides à base d'argent dans un liquide, qui est un processus d'élimination des matériaux d'une surface solide ou liquide en l'irradiant avec un faisceau laser. Dans une expérience typique, les chercheurs ont placé un métal argenté bien poli au fond d'un plat en verre rotatif rempli d'une solution de thioacétamide comme source de soufre pour la fabrication de sulfure d'argent. La surface d'argent a ensuite été focalisée par un faisceau laser, et en peu de temps, une ébullition et une vaporisation rapides de l'élément argent se sont produites, résultant en un plasma d'argent explosif à ultra haute température (environ des milliers de degrés Celsius) sur le point irradié. Le processus initial de formation des cristaux, ou la nucléation de l'argent et du sulfure, a eu lieu au stade précoce de la condensation rapide du plasma d'argent, et brusquement terminé en quelques microsecondes en raison de l'expiration de l'impulsion laser et de l'expansion exhaustive de la vapeur d'argent.

"Lors de la fabrication des nanoparticules Ag2S@Ag, la condition de non-équilibre créée par l'ablation laser ultérieure conduit à divers défauts, entraînant la présence d'espèces d'argent abondantes disposées de manière désordonnée à la surface des nanoparticules de sulfure d'argent et formant une coquille d'argent, " expliqua Chen. " Après la fabrication au laser, le processus de trempe rapide a amélioré le degré de désordre des espèces d'argent, faire de plus en plus d'atomes d'argent à un état hautement excité."

Les premières études de l'équipe ont montré que la distribution des électrons des espèces d'argent hautement excitées peut être influencée par les nanoparticules Ag2S@Ag, résultant en des espèces d'argent "polarisées", ou des espèces d'argent avec des charges positives comme sites d'adsorption de colorant. Étant donné que les molécules de colorant telles que le bleu de méthyle et l'orange de méthyle ont des groupes fonctionnels chargés négativement, en raison de la force électrostatique forte entre les charges positives et les charges négatives, les sites d'adsorption améliorés à la surface du matériau hybride colleront plus de molécules de colorant, conduisant à la capacité améliorée du matériau d'éliminer les colorants.

"Nos résultats expérimentaux ont montré que plus de 99% des molécules de bleu de méthyle dans les eaux usées étaient adsorbées par le nano-matériau Ag2S@Ag en cinq minutes, " a déclaré Chen. " Les spectres d'absorption ultraviolet-visible de la solution ont également clairement montré qu'après avoir adsorbé les molécules de colorant, le nano-matériau Ag2S@Ag s'est aggloméré en de nombreux amas de grande taille, puis déposé au fond de la solution. Pendant ce temps, l'agrégation et le dépôt entraînent un changement significatif de la couleur de la solution du bleu à l'incolore."

Chen a estimé qu'après la réaction d'adsorption du bleu de méthyle, plus de 99 pour cent des nanomatériaux Ag2S@Ag peuvent être éliminés de la solution par des filtres.

"Par rapport aux procédés classiques de purification d'adsorbants, tels que le procédé centrifuge ou l'utilisation de champs magnétiques externes, qui sont compliqués et ne conviennent pas au traitement pratique de l'eau, le processus de filtrage est simple, rapide et économique, " a déclaré Chen. " Notre nouvelle méthode ignore le processus de purification de l'adsorbant, qui favorise l'application des nanoparticules Ag2S@Ag en tant que matériaux adsorbants avancés pour le traitement pratique des eaux usées à l'avenir. »

Étant donné que les molécules de colorant ne sont pas facilement désorbées des adsorbants agglomérés par un traitement thermique standard, la prochaine étape des chercheurs est d'étudier la méthode de désorption des molécules de colorant des adsorbants Ag2S@Ag pour réaliser le recyclage des matériaux à l'avenir.