A gauche, une imprimante 3D imprimant la feuille d'aérogel de graphène de forme hexagonale. À droite, l'aérogel (maintenant noir) filtre l'eau sale. Crédit : Science environnementale :Nano
Le graphène excelle à éliminer les contaminants de l'eau, mais ce n'est pas encore une utilisation commercialement viable du matériau miracle.
Cela pourrait changer.
Dans une étude récente, Les ingénieurs de l'Université de Buffalo rapportent un nouveau processus d'impression 3D d'aérogels de graphène qui, selon eux, surmonte deux obstacles clés :l'évolutivité et la création d'une version du matériau suffisamment stable pour une utilisation répétée pour le traitement de l'eau.
"L'objectif est d'éliminer en toute sécurité les contaminants de l'eau sans libérer aucun résidu chimique problématique, " déclare le co-auteur de l'étude Nirupam Aich, Doctorat., professeur assistant en génie de l'environnement à l'UB School of Engineering and Applied Sciences. "Les aérogels que nous avons créés conservent leur structure lorsqu'ils sont mis dans des systèmes de traitement de l'eau, et ils peuvent être appliqués dans diverses applications de traitement de l'eau."
L'étude - "Aérogels de graphène-biopolymère imprimés en 3D pour l'élimination des contaminants de l'eau:une preuve de concept" - a été publiée dans la série Emerging Investigator de la revue. Sciences de l'environnement :nano . Arvid Massoud, Doctorat., un ancien élève du labo d'Aich, est l'auteur principal ; Chi Zhou, Doctorat., professeur agrégé d'ingénierie industrielle et des systèmes à l'UB, est co-auteur.
Un aérogel est une lumière, solide hautement poreux formé par remplacement du liquide dans un gel par un gaz de sorte que le solide résultant ait la même taille que l'original. Leur configuration structurelle est similaire à celle du polystyrène :très poreux et léger, pourtant fort et résistant.
Le graphène est un nanomatériau formé de carbone élémentaire et est composé d'une seule feuille plate d'atomes de carbone disposés en un réseau hexagonal répétitif.
Le graphène est incroyablement léger. Cet aérogel, utilisé pour filtrer l'eau, repose sur un seul mouchoir. Crédit :Université de Buffalo.
Pour créer la bonne consistance de l'encre à base de graphène, les chercheurs se sont tournés vers la nature. Ils y ont ajouté deux polymères bio-inspirés :la polydopamine (un matériau synthétique, souvent appelé PDA, similaire aux sécrétions adhésives des moules), et l'albumine de sérum bovin (une protéine dérivée de vaches).
Dans les essais, l'aérogel reconfiguré a éliminé certains métaux lourds, comme le plomb et le chrome, qui affligent les réseaux d'eau potable à l'échelle nationale. Il a également supprimé les colorants organiques, tels que le bleu de méthylène cationique et le bleu Evans anionique, ainsi que des solvants organiques comme l'hexane, heptane et toluène.
Pour démontrer le potentiel de réutilisation de l'aérogel, les chercheurs y ont fait passer des solvants organiques 10 fois. Chaque fois, il a éliminé 100 % des solvants. Les chercheurs ont également signalé que la capacité de l'aérogel à capturer le bleu de méthylène avait diminué de 2 à 20 % après le troisième cycle.
Les aérogels peuvent également être agrandis en taille, Aich dit, car contrairement aux nanofeuillets, les aérogels peuvent être imprimés dans des tailles plus grandes. Cela élimine un problème antérieur inhérent à la production à grande échelle, et rend le processus disponible pour une utilisation dans de grandes installations, comme dans les stations d'épuration, il dit. Il ajoute que les aérogels peuvent être retirés de l'eau et réutilisés dans d'autres endroits, et qu'ils ne laissent aucun résidu dans l'eau.
Aich fait partie d'une collaboration entre l'UB et l'Université de Pittsburgh, dirigé par Diana Aga, professeur de chimie à l'UB, Doctorat., trouver des méthodes et des outils pour dégrader les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS), des matériaux toxiques si difficiles à décomposer qu'ils sont connus sous le nom de « produits chimiques éternels ». Aich note les similitudes avec son travail avec les aérogels 3D, et il espère que les résultats des deux projets pourront être réunis pour créer des méthodes plus efficaces d'élimination des contaminants d'origine hydrique.
"Nous pouvons utiliser ces aérogels non seulement pour contenir des particules de graphène mais aussi des particules de nanométaux qui peuvent agir comme catalyseurs, " dit Aich. " L'objectif futur est d'avoir des particules de nanométaux incrustées dans les parois et la surface de ces aérogels et elles seraient capables de dégrader ou de détruire non seulement les contaminants biologiques, mais aussi des contaminants chimiques."
Aïch, Chi, et Masud détiennent un brevet en instance pour l'aérogel de graphène décrit dans l'étude, et ils recherchent des partenaires industriels pour commercialiser ce procédé.
