Des nano-éponges avec un potentiel de traitement rapide des eaux usées


avec-un-potentiel-de-traitement--des-eaux.jpg" alt="Nano-Schwämme mit Potenzial zur schnellen Abwasserbehandlung" title="Quelle: Édition internationale de chimie appliquée (2022). DOI : 10.1002/anie.202206564″ width= »800″ height= »272″/>

Reconnaissance: Édition internationale d’Angewandte Chemie (2022). DOI : 10.1002/anie.202206564

Des adsorbants efficaces pour le traitement des eaux industrielles sont importants pour minimiser les dommages environnementaux potentiels. Les colorants organiques en particulier, en tant que groupe important de polluants industriels, sont généralement très solubles dans l’eau, non dégradables et beaucoup sont toxiques au point d’être cancérigènes. Changxia Li et Freddy Kleitz de la Faculté de chimie de l’Université de Vienne, avec leurs collègues, ont maintenant présenté une nouvelle approche de la conception d’un matériau composite innovant composé d’un cadre organique covalent (COF) nanoporeux et ultra-mince ancré sur graphène et qui est très efficace pour filtrer les polluants organiques de l’eau. L’étude a été publiée dans chimie appliquée.

« Il existe aujourd’hui plusieurs façons de purifier l’eau, y compris les filtres à charbon actif, mais il y a encore place à l’amélioration de l’efficacité ou de la capacité d’adsorption des applications », déclare Changxia Li, premier auteur et postdoc.

Le groupe de Freddy Kleitz à l’Institut de chimie inorganique – Matériaux fonctionnels développe de nouveaux matériaux nanoporeux. A volume égal, les matériaux poreux ont une surface totale significativement plus importante qu’un matériau non poreux et peuvent donc fixer un nombre particulièrement important de molécules sur les surfaces lors de l’adsorption.

COF hautement poreux en tant que nouvelle classe de matériaux

Les cadres organiques covalents (COF) sont une classe relativement nouvelle de matériaux. Ils sont particulièrement poreux et en même temps de faible densité et légers. Covalent signifie que leurs liaisons chimiques sont formées via des paires d’électrons entre les atomes.

Les colorants que les chercheurs ont étudiés dans leur solution aqueuse modèle avaient une taille d’environ 0,8 à 1,6 nanomètre. « Nous avons développé un nouveau procédé pour former du COF d’une manière relativement respectueuse de l’environnement en utilisant de l’eau. De cette façon, nous avons pu développer de petites « éponges » avec des tailles et des formes de pores conçues dans la gamme du nanomètre ainsi qu’une charge de surface négative coordonnée qui a attiré très sélectivement les molécules cibles chargées positivement, c’est-à-dire nos colorants, hors de l’eau. », expliquent les chercheurs, « tout comme l’éponge absorbe l’eau, mais dans notre cas, ce sont les polluants ».

Une colonne vertébrale de graphène

Lors de l’utilisation de poudre COF en vrac, les pores internes du matériau sont souvent inaccessibles aux contaminants en raison du colmatage des pores du bord externe, en particulier pour les grosses molécules de contaminants. Le nouveau matériau composite développé par les chercheurs offre une structure constamment perméable : pour ce faire, les chercheurs ont cultivé du COF sur des nanofeuilles de graphène en couche mince. La combinaison du graphène – déjà une couche 2D d’atomes de carbone – et de la couche jusqu’à deux nanomètres d’épaisseur de COF a donné une structure 3D compacte et ouverte. La couche COF ultra-mince pourrait exposer plus de sites d’adsorption que la poudre COF en vrac.

D’autre part, les pores plus grands, en forme de nid d’abeilles, du de graphène favorisent le transport de l’eau à travers le matériau filtrant. « Les grands pores du réseau de graphène en combinaison avec la couche ultra-fine de COF avec de nombreux sites d’adsorption permettent donc un traitement des eaux usées particulièrement rapide et efficace », expliquent les chercheurs. En raison de la quantité relativement faible de matériau utilisé pour le graphène et de la possibilité de réutiliser le matériau composite comme filtre après le lavage des polluants, le développement est également relativement peu coûteux.


Amas d’eau dans des cadres organiques covalents poreux cristallins hydrophobes


Plus d’information:
Changxia Li et al., Graphene-Anchored Ultrathin Covalent Organic Framework for Enhanced Organic Pollutant Removal, Édition internationale d’Angewandte Chemie (2022). DOI : 10.1002/anie.202206564

Fourni par l’Université de Vienne

Citation: Nano-éponges avec un potentiel de traitement rapide des eaux usées (3 août 2022), extrait le 3 août 2022 de https://phys.org/news/2022-08-nano-sponges-potential-rapid-wastewater-treatment .html

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