Avec une nouvelle nanoparticule qui convertit la lumière en chaleur, une équipe de chercheurs a trouvé une technologie prometteuse pour nettoyer l'eau des polluants.

Des traces de contaminants tels que les pesticides, les produits pharmaceutiques et l'acide perfluorooctanoïque dans les sources d'eau potable ont posé des risques importants pour la santé humaine ces dernières années. Ces micropolluants ont échappé aux procédés de traitement conventionnels, mais certains processus chimiques qui impliquent généralement l'ozone, le peroxyde d'hydrogène ou la lumière UV se sont avérés efficaces. Ces processus, cependant, peut être coûteux et énergivore.

Une nouvelle nanoparticule créée par les ingénieurs de l'Université de Yale dans le cadre d'un effort pour le Rice-based Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment (NEWT) pourrait conduire à des technologies qui contournent ces limitations. La particule est décrite dans une étude publiée cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

NEWT est un centre de recherche national créé par Rice, Yale et d'autres en 2015, et Jaehong Kim de Yale, le chercheur principal et créateur de la nouvelle nanoparticule, a collaboré au projet avec Naomi Halas de Rice, Chef de file de la recherche en nanophotonique de NEWT.

Des chercheurs de plusieurs domaines se sont intéressés aux nanoparticules d'or pour leurs propriétés photothermiques et photocatalytiques, qui se sont avérés être un outil efficace pour des utilisations telles que le traitement du cancer. Ils n'ont pas, bien que, a figuré en bonne place dans les efforts de purification de l'eau, en partie à cause de la difficulté de disperser des nanoparticules dans l'eau sans agents stabilisants qui ne sont pas bons pour les applications de traitement de l'eau. Les chercheurs du NEWT ont trouvé un moyen de résoudre ce problème en concevant et en synthétisant des nanotiges d'or "Janus". Ces nanoparticules, chaque centaines de fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain, sont à moitié recouverts de silice. Cet élément de conception est essentiel, puisque la moitié recouverte de silice permet à chaque nanotige de rester séparée des autres et en suspension dans l'eau.

"Nous avons commencé avec des nanoparticules d'or, puis avons exploré un moyen de les stabiliser de différentes manières, " dit Kim, le professeur Henry P. Becton Sr. et président du département de génie chimique et environnemental de Yale. "Nous avons donc imaginé le design Janus, où nous ne recouvrons qu'une partie de la silice. Avec ce revêtement partiel, ils se dispersent très bien dans l'eau, et c'est très utile pour ce genre d'application."

Les nanotiges absorbent des niveaux intenses de lumière et la convertissent en chaleur localisée sur les surfaces, un processus bien plus efficace que de chauffer tout le volume d'eau. Et parce qu'il utilise la lumière du soleil, la méthode est peu coûteuse et durable. La même partie de la nanotige agit également comme un catalyseur de transfert d'électrons pour favoriser la destruction des micropolluants.

« Il remplit diverses fonctions, notamment en utilisant le rayonnement solaire pour produire de la chaleur très localisée, " Kim a déclaré. "C'est la première démonstration de l'utilisation de ce phénomène particulier pour la destruction des polluants."

Halas, Professeur Stanley C. Moore de Rice en génie électrique et informatique et directeur du Rice's Laboratory for Nanophotonics, a joué le rôle clé d'élucider les mécanismes complexes de la façon dont les réactions photothermiques et photocatalytiques se produisent sur cette nanoparticule unique.

"C'est vraiment la nano-ingénierie à son meilleur, une nouvelle nanoparticule conçue pour résoudre un problème important dans ce qui serait autrement un environnement impossible, " dit Halas.

Kim a noté que la recherche en est encore à sa phase initiale, et plus de travail est nécessaire pour l'étendre pour une application dans le monde réel, notamment trouver un matériau moins cher que l'or.

Le réalisateur de l'ASPC Pedro Alvarez, George R. Brown, professeur de génie civil et environnemental de Rice, a qualifié l'étude "d'excellent exemple de la façon dont les avancées de pointe en nanotechnologie peuvent ouvrir une nouvelle voie pour résoudre les problèmes liés à l'eau".

« C'est également un excellent exemple de la façon dont des chercheurs de deux domaines d'études différents se réunissent sous le toit de l'ASPIC pour développer des idées très non conventionnelles pour résoudre des problèmes difficiles, " il ajouta.