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Certains types de pollution de l’eau, tels que les efflorescences algales et les plastiques qui polluent les rivières, les lacs et les milieux marins, sont bien visibles. Mais d’autres contaminants ne sont pas aussi visibles, ce qui rend leur impact potentiellement plus dangereux.

La mousse d’oxyde de graphène

Parmi ces substances invisibles figure l’uranium. L’uranium, qui s’infiltre dans les ressources en eau à partir des exploitations minières, des sites de déchets nucléaires ou des gisements souterrains naturels, coule aujourd’hui des robinets du monde entier.

Cette contamination représente un danger proche et actuel. « Même de petites concentrations sont mauvaises pour la santé humaine », déclare Ju Li, professeur de science nucléaire à la Battelle Energy Alliance.

Une équipe dirigée par Ju Li a mis au point une méthode très efficace pour éliminer l’uranium de l’eau potable. En appliquant une charge électrique à la mousse d’oxyde de graphène, les chercheurs peuvent capturer l’uranium en solution, qui se dépose sous la forme d’un cristal solide condensé.

Cette mousse peut être réutilisée jusqu’à sept fois sans perdre ses propriétés électrochimiques. « En quelques heures, notre procédé peut purifier une grande quantité d’eau potable en dessous de la limite d’uranium fixée par l’EPA », affirme M. Li.

L’équipe s’est mise au travail pour transformer la mousse de graphène en l’équivalent d’un aimant à uranium. Ils ont appris qu’en envoyant une charge électrique à travers cette mousse, en divisant l’eau et en libérant de l’hydrogène, ils pouvaient augmenter le pH local et induire un changement chimique qui retirait les ions d’uranium de la solution.

L’uranium se fixe à cette mousse

Les chercheurs ont constaté que l’uranium se fixait à la surface de cette mousse, où il formait un hydroxyde d’uranium cristallin jamais vu auparavant. Lorsque la charge électrique est inversée, ce minéral, qui ressemble à des écailles de poisson, glisse facilement de la mousse.

Ce procédé de filtration de l’uranium est simple, efficace et propre, selon Li : « à chaque utilisation, notre mousse peut capturer quatre fois son propre poids d’uranium, et nous pouvons atteindre une capacité d’extraction de 4 000 mg par gramme, ce qui constitue une amélioration majeure par rapport aux autres méthodes », dit-il.

« Nous avons également fait une percée majeure en matière de réutilisation, car cette mousse peut subir sept cycles sans perdre son efficacité d’extraction. » La mousse de graphène fonctionne aussi bien dans l’eau de mer, où elle réduit les concentrations d’uranium de 3 parties par million à 19,9 ppb, ce qui montre que les autres ions présents dans la saumure n’interfèrent pas avec la filtration.

Un nouveau type de filtre à eau domestique

L’équipe pense que son dispositif efficace et peu coûteux pourrait devenir un nouveau type de filtre à eau domestique, s’adaptant aux robinets comme ceux des marques commerciales. « Certains de ces filtres sont déjà équipés de charbon actif, alors peut-être pourrions-nous les modifier, ajouter de l’électricité à basse tension pour filtrer l’uranium », déclare Li.

« À l’avenir, au lieu d’un filtre à eau passif, nous pourrions utiliser un filtre intelligent alimenté par de l’électricité propre qui active l’action électrolytique, ce qui pourrait extraire plusieurs métaux toxiques, vous indiquer quand régénérer le filtre et vous donner une assurance de qualité sur l’eau que vous buvez », ajoute Li.

Cette recherche a été publiée dans Advanced Materials.

Source : MIT
Crédit photo : iStock