Fibre de quartz simple, Haut, acquiert la capacité d'éliminer les métaux toxiques de l'eau lorsque des nanotubes de carbone sont ajoutés, bas. Les filtres ont absorbé plus de 99 pour cent des métaux des échantillons d'essai chargés de cadmium, cobalt, le cuivre, Mercure, nickel et plomb. Une fois saturé, les filtres peuvent être lavés et réutilisés. Crédit :Barron Research Group/Rice University
Les nanotubes de carbone immobilisés dans une touffe de fibre de quartz ont le pouvoir d'éliminer les métaux lourds toxiques de l'eau, selon des chercheurs de l'Université Rice.
Les filtres primés produits dans le laboratoire du chimiste de Rice Andrew Barron par Perry Alagappan, alors lycéen et auteur principal, absorbent plus de 99% des métaux des échantillons chargés de cadmium, cobalt, le cuivre, Mercure, nickel et plomb. Une fois saturé, les filtres peuvent être lavés avec un produit chimique ménager doux comme le vinaigre et réutilisés.
Les chercheurs ont calculé qu'un gramme de matière pouvait en traiter 83, 000 litres d'eau contaminée pour répondre aux normes de l'Organisation mondiale de la santé - assez pour répondre aux besoins quotidiens de 11, 000 personnes.
L'analyse du laboratoire des nouveaux filtres paraît ce mois-ci dans Nature's open access Rapports scientifiques .
Les filtres robustes sont constitués de nanotubes de carbone mis en place sur des fibres de quartz qui sont ensuite époxydées chimiquement. Des tests en laboratoire ont montré que des versions à plus grande échelle des filtres à « nanotubes de carbone époxydé supportés » (SENT) se sont avérées capables de traiter 5 litres d'eau en moins d'une minute et d'être renouvelées en 90 secondes. Le matériau a conservé près de 100 pour cent de sa capacité à filtrer l'eau jusqu'à 70 litres pour 100 grammes de SENT, après quoi les métaux contenus pourraient être extraits pour être réutilisés ou transformés en un solide pour une élimination sûre.
Une image au microscope électronique montre des fibres de quartz avec des nanotubes de carbone cultivés sur place. Crédit :Barron Research Group/Rice University
Alors que le substrat de quartz donne la forme du filtre et que la gaine de nanotube de carbone le rend résistant, l'époxydation via un acide oxydant semble être la plus responsable de l'adsorption du métal, ils ont déterminé.
Alagapan, maintenant étudiant de premier cycle à l'Université de Stanford, a été inspiré pour démarrer le projet lors d'un voyage en Inde, où il a appris la contamination des eaux souterraines par les tonnes de déchets électroniques - téléphones, ordinateurs et autres, qui finissent indûment dans les décharges.
"Perry m'a contacté pour acquérir de l'expérience dans la recherche en laboratoire, " a déclaré Barron. " Puisque nous avons un projet en cours lancé par Jessica Heimann, un étudiant de premier cycle qui faisait un semestre à l'Université Jacobs de Brême, c'était un match parfait."
Barron a déclaré que les matières premières du filtre sont peu coûteuses et a souligné que la conversion de l'acide acétique en vinaigre est omniprésente dans le monde entier, ce qui devrait simplifier le processus de recyclage des filtres pour une réutilisation même dans des endroits éloignés. "Chaque culture de la planète sait faire du vinaigre, " il a dit.
Une image au microscope électronique montre des fibres de quartz avec des nanotubes de carbone après époxydation. Des expériences ont montré que l'époxydation semble donner aux filtres leur qualité d'absorption. Crédit :Barron Research Group/Rice University
« Cela aurait le plus grand impact social sur les unités à l'échelle du village qui pourraient traiter l'eau dans les régions éloignées, régions en développement, " dit Barron. " Cependant, il y a aussi le potentiel d'augmenter l'extraction de métaux, en particulier des eaux usées de la mine."
Les recherches d'Alagappan ont remporté une série de prix alors qu'il était encore lycéen à Clear Lake, une banlieue de Houston, ainsi qu'un étudiant invité au laboratoire Rice de Barron. Le premier a été le premier prix pour les sciences de l'environnement au Salon des sciences et de l'ingénierie de Houston en 2014. Cela l'a qualifié pour participer au Salon international des sciences et de l'ingénierie Intel à Los Angeles l'année suivante, où il a également remporté le premier prix environnemental.
Il a lancé cela dans le premier prix au Stockholm Junior Water Prize 2015, où la princesse héritière de Suède lui a remis l'honneur.
"Ce fut un immense honneur d'être reconnu au niveau international pour cette recherche, et je suis reconnaissant d'avoir l'opportunité de travailler sur ce projet aux côtés d'un groupe d'individus aussi talentueux, " a déclaré Alagappan. " J'ai aussi particulièrement apprécié de pouvoir rencontrer d'autres jeunes chercheurs à l'Intel International Science Fair et au Stockholm Junior Water Prize, qui m'ont inspiré par leur ferme engagement à élever la société par le biais de la science et de la technologie."
