Nano

Des ingénieurs de l'Université de Vienne ont mis au point un nouveau matériau composite qui constitue un filtre efficace pour éliminer les polluants organiques de l'eau. Le système utilise des "nano-éponges" super-poreuses intégrées sur une feuille de graphène.

La clé des nouveaux filtres est une classe de matériaux appelés cadres organiques covalents (COF). Ces structures sont extrêmement poreuses, ce qui leur donne une surface massive contenue dans un petit espace, ce qui signifie qu'elles sont efficaces pour saisir de grandes quantités de molécules. Des matériaux apparentés connus sous le nom de cadres organométalliques (MOF) sont à l'étude pour être utilisés dans la capture du carbone, le dessalement ou l'extraction d'eau potable de l'air, et les COF pourraient avoir un ensemble de fonctions similaires.

Pour la nouvelle étude, les chercheurs se sont concentrés sur l'utilisation d'un COF pour éliminer les colorants organiques de l'eau. Ces produits chimiques sont un polluant courant des eaux usées industrielles et peuvent être toxiques et cancérigènes, sans parler de la difficulté à les éliminer.

L'équipe a modifié le COF pour qu'il saisisse sélectivement les molécules de colorants organiques. Cela implique de donner aux pores la bonne forme et la bonne taille – entre 0,8 et 1,6 nanomètres – et de donner à la surface une charge négative, pour attirer les molécules de colorant chargées positivement.

Mais il y avait un autre obstacle à surmonter. Lorsque le matériau est utilisé sous sa forme en poudre, les pores des bords extérieurs se remplissent d'abord de molécules, laissant ceux du centre vides et essentiellement inutiles. L'équipe a donc développé un moyen d'étaler le COF en le faisant pousser sur une feuille de graphène.

Le résultat final était une couche de COF de deux nanomètres d'épaisseur sur une couche de graphène à un seul atome, ce qui augmentait la capacité maximale du matériau à retenir les molécules de colorant organique. Le graphène lui-même a des pores assez grands, permettant à l'eau de s'écouler rapidement pendant que le COF fait son travail.

"Les grands pores du réseau de graphène en combinaison avec la couche ultra-fine de COF et son grand nombre de sites d'adsorption permettent donc un traitement des eaux usées particulièrement rapide et efficace", ont déclaré les chercheurs.

La technique devrait également être assez peu coûteuse, selon l'équipe. Peu de graphène doit être utilisé et le COF peut être nettoyé et réutilisé.

La recherche a été publiée dans la revue Angewandte Chemie.

Source : Université de Vienne