Le dioxyde de carbone de l'atmosphère peut se dissoudre dans les océans, lacs et étangs, former des ions bicarbonate et d'autres composés qui modifient la chimie de l'eau, avec des effets nocifs possibles sur les organismes aquatiques. En outre, le bicarbonate peut réintégrer l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone plus tard, contribuant au changement climatique. Maintenant, les chercheurs ont développé de minuscules "nanojars, " beaucoup plus petit que la largeur d'un cheveu humain, qui divisent le bicarbonate en carbonate et le captent, ainsi que certains anions toxiques, ainsi les ions peuvent être éliminés et potentiellement recyclés.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la réunion d'automne de l'American Chemical Society (ACS).

« À l'origine, nous avons développé des nanopots pour extraire des ions nocifs chargés négativement, comme le chromate et l'arséniate, de l'eau, " dit Gellert Mezei, Doctorat., qui présente le travail à la réunion. "Mais il s'avère qu'ils se lient également fortement au carbonate." Le carbonate ou d'autres ions capturés dans les nanopots pourraient ensuite être éliminés ou recyclés en produits utiles, il dit.

Les nanojarres sont de minuscules récipients composés de plusieurs unités répétitives d'un ion cuivre, un groupe pyrazole et un hydroxyde. Les pots ne se forment que lorsqu'un ion avec une charge -2, comme le chromate, arsénier, phosphate ou carbonate, est présent. Lorsque les ingrédients appropriés sont ajoutés à un solvant organique, les unités répétitives se forment et s'assemblent en nanopots, avec l'anion chargé -2 étroitement lié au centre.

Pour éliminer les anions de l'eau, les chercheurs ont ajouté le solvant contenant les composants du nanopot, qui a formé une couche organique au-dessus de l'eau. "Le solvant ne se mélange pas à l'eau, mais les anions de l'eau peuvent entrer dans cette couche organique, " explique Mezei, qui est à l'Université Western Michigan. "Puis, les nanopots se forment et s'enroulent autour des ions, en les piégeant dans la phase organique." Parce que l'eau et les couches organiques ne se mélangent pas, ils peuvent facilement être séparés. Le traitement de la couche organique avec un acide faible provoque la désintégration des nanopots, libérant les anions pour élimination ou recyclage.

Les chercheurs ont utilisé des nanopots pour éliminer les anions toxiques de l'eau. « Nous avons montré que nous pouvons extraire le chromate et l'arséniate en dessous des niveaux autorisés par l'Agence de protection de l'environnement des États-Unis pour l'eau potable – vraiment, des niveaux vraiment bas, " dit Mezei. Les nanopots ont une affinité encore plus élevée pour le carbonate, et en ajoutant une molécule appelée 1, La 10-phénanthroline au mélange produit des nanopots qui lient chacun deux ions carbonate au lieu d'un.

L'équipe a également fabriqué des nanopots sélectifs pour certains anions. "Le bloc de construction original du pyrazole fabrique des nanopots totalement sélectifs pour -2 ions chargés, mais ils ne peuvent pas discriminer entre ces ions, " dit Mezei. En utilisant deux pyrazoles attachés par un linker éthylène comme bloc de construction, les chercheurs ont fabriqué des nanopots qui se lient préférentiellement au carbonate. Plus récemment, ils ont montré que l'utilisation de deux pyrazoles avec un lieur de propylène produit des nanopots sélectifs pour les sulfates. Ces nanopots sélectifs pour les anions seront importants pour les applications dans lesquelles seuls certains ions chargés -2 doivent être éliminés.

Les chercheurs ont également travaillé à rendre le processus plus adapté aux applications du monde réel. Par exemple, ils ont échangé une base faible, trioctylamine, pour la base solide, hydroxyde de sodium, utilisé à l'origine pour fabriquer des nanopots. "Trioctylamine, contrairement à l'hydroxyde de sodium, est soluble dans la phase organique et rend la formation des nanopots beaucoup plus efficace, " dit Mezei. Fait intéressant, la trioctylamine provoque la formation de nanopots avec des structures légèrement différentes, qu'il qualifie de nanopots "bouchés", mais ils semblent lier le carbonate tout aussi étroitement.

Jusque là, toutes les expériences ont été menées à l'échelle du laboratoire. Développer un système de traitement de grands volumes d'eau, comme dans un lac, nécessitera une collaboration avec des ingénieurs, dit Mezei. Cependant, il envisage que l'eau contaminée du lac pourrait être pompée dans une station pour y être traitée, puis renvoyée dans le lac. Certains ions, comme le phosphate, pourrait être recyclé à des fins utiles, comme les engrais. Le carbonate peut être recyclé pour fabriquer des solvants "verts", appelés esters carbonatés, pour l'extraction des nanopots elle-même. « Que ce processus d'élimination du dioxyde de carbone de l'eau –– et indirectement, l'atmosphère –– serait compétitive avec d'autres technologies, que je ne connais pas encore, " dit Mezei. " Il y a beaucoup d'aspects qui doivent être pris en compte, et c'est une affaire délicate."