Un élément crucial est un matériau considéré comme un déchet :la cellulose usagée, par exemple sous forme de chiffons de nettoyage ou de gobelets en papier. La cellulose est utilisée pour recouvrir un nano-tissu fin afin de créer un filtre efficace pour l'eau polluée. L'article est publié dans la revue Small Science .

Poison coloré dans l'eau

Les colorants organiques représentent le plus grand groupe de colorants synthétiques, y compris les composés dits azoïques. Ils sont largement utilisés dans l'industrie textile, même dans les pays où l'on accorde peu d'attention à la protection de l'environnement, et les colorants finissent souvent dans les eaux usées non filtrées.

"C'est dangereux car ces colorants se dégradent très lentement, ils peuvent rester longtemps dans l'eau et présenter un grand danger pour l'homme et la nature", explique le professeur Günther Rupprechter de l'Institut de chimie des matériaux de la TU Wien.

Il existe différents matériaux qui peuvent lier ces colorants. Mais cela ne suffit pas. "Si vous laissez simplement l'eau polluée s'écouler sur un film filtrant capable de lier les colorants, l'effet nettoyant est faible", explique Rupprechter.

"Il est bien préférable de créer un nanotissu à partir de nombreuses fibres minuscules et de laisser l'eau s'infiltrer." L'eau entre alors en contact avec une surface beaucoup plus grande, et ainsi beaucoup plus de molécules de colorant organique peuvent être liées.

Les déchets cellulosiques comme nano-filtre

"Nous travaillons avec de la nanocellulose semi-cristalline, qui peut être produite à partir de déchets", explique Qaisar Maqbool, premier auteur de l'étude et postdoctorant au sein du groupe de recherche de Rupprechter. "Les substances contenant des métaux sont souvent utilisées à des fins similaires. Notre matériau, en revanche, est totalement inoffensif pour l'environnement et nous pouvons également le produire en recyclant des vieux papiers."

Cette nanocellulose est « filée » avec le plastique polyacrylonitrile pour former des nanostructures. Cependant, cela nécessite beaucoup de compétences techniques. L'équipe de la TU Wien a réussi avec un procédé dit d'électrofilage. Dans ce processus, le matériau est pulvérisé sous forme liquide, les gouttelettes sont chargées électriquement et envoyées à travers un champ électrique.

"Cela garantit que le liquide forme pendant le durcissement des fils extrêmement fins d'un diamètre de 180 à 200 nanomètres", explique Rupprechter. Ces fils forment un tissu fin avec une surface élevée, ce qu'on appelle une « nanoweb ». Un réseau de fils peut être disposé sur un centimètre carré, avec une surface totale supérieure à 10 cm ² .

Tests réussis

Les tests avec ces nanostructures recouvertes de cellulose ont été très concluants :en trois cycles, l'eau contaminée par le colorant violet a été purifiée et 95 % du colorant a été éliminé. "Les colorants restent stockés dans la nanotoile. Vous pouvez ensuite soit éliminer la totalité de la toile, soit la régénérer, dissoudre les colorants stockés et réutiliser le tissu filtrant", explique Rupprechter.

Cependant, il reste encore du travail à faire :évaluer les propriétés mécaniques des nanowebs sophistiqués, réaliser des tests de biocompatibilité, évaluer la sensibilité à des polluants plus complexes et atteindre l'évolutivité aux normes de qualité industrielle.

Rupprechter et son équipe de recherche souhaitent désormais étudier comment cette technologie de filtre à colorant peut être transférée à d'autres domaines d'application.

"Cette technologie pourrait également être très intéressante pour le domaine médical", estime Rupprechter. "La dialyse, par exemple, nécessite également de filtrer des substances chimiques très spécifiques d'un liquide." Les nanotissus enduits peuvent être utiles pour de telles applications.