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Des scientifiques ont mis au point un procédé exploitant un matériau aussi mince que du papier ainsi que des rayons ultraviolets pour purifier l’eau des microorganismes nocifs, sans conséquences écologiques.

La désinfection photocatalytique est une technique permettant, en présence de lumière (dans l’ultraviolet notamment) sur certaines matières, d’accélérer sur ces dernières la libération des molécules nommées “dérivés réactifs de l’oxygène“, qui ont une action bactéricide. Cette méthode est de plus en plus étudiée du fait qu’elle pourrait servir d’alternative aux actuelles moyens de purification de l’eau (par chloration ou utilisation d’ozone par exemple), sans engendrer d’effets néfastes sur l’environnement.

« La future application de la technologie de désinfection photocatalytique peut considérablement réduire la pénurie d’eau potable et la pénurie mondiale d’énergie », déclare Dan Wang, chercheur à l’Université de science et technologie de Chine.

En se basant sur cette méthode, son groupe et des collaborateurs de l’Université Yangzhou ont mis au point, à partir de nitrure de carbone graphitique, une plaque bidimensionnelle pouvant purifier 10 litres d’eau en une heure.

D’autres matériaux ayant les mêmes propriétés avaient déjà été élaborées auparavant, mais ils sont tous composés de métaux qui relâchent des résidus toxiques dans l’eau.

Les composés non-métalliques, comme le graphène ou les nanotubes de carbones, évitent cet inconvénient, mais au prix d’une efficacité amoindrie comparés aux métaux photocatalyseurs, car ils ne libèrent pas autant de dérivés réactifs de l’oxygène que ces derniers.

Mais les chercheurs chinois ont développé un matériau synthétique d’une grande finesse (2 dimensions) non-toxique, capable en présence de rayons ultraviolets de tuer les bactéries avec une plus grande efficacité. Cela fait plusieurs années que le nitrure de carbone graphitique intéresse les scientifiques de par sa propriété à absorber une importante quantité d’énergie.

Leurs premiers tests ont montré qu’une plaque 2D de cette matière peut éliminer, en 30 minutes seulement, 99.99% des Escherichia Coli présentes dans 50 millilitres d’eau, ce qui est cinq fois plus rapide que les autres photocatalyseurs non-métalliques connus. De plus, la réaction n’a consommé qu’un dixième de la matière.

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« Cette efficacité remarquablement élevée est également comparable à celle des meilleurs photocatalyseurs à base de métaux », ont écrit les auteurs de l’étude.

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Pour obtenir une telle efficacité, ils ont chargé le bord de la plaque avec des molécules ayant des groupes carboxyles et carbonyles, ce qui permet d’attirer davantage d’électrons à la surface, qui vont permettre la réaction.

Le principal composé réactif produit en présence d’ultraviolet, et aussi d’autres gammes de longueurs d’onde, est le peroxyde d’hydrogène. Grâce à ses puissantes propriétés oxydantes, le peroxyde d’hydrogène déstabilise la structure des molécules, et dans le cas des bactéries, celle qui compose la paroi cellulaire, causant ainsi des « trous » dans leurs membranes et inévitablement leur mort. Après sa réaction, le peroxyde d’hydrogène se dissocie en eau et en oxygène, le rendant ainsi inoffensif.

Les auteurs ajoutent également que la production de nitrure de carbone graphitique est simple à réaliser et peu coûteux, tout comme l’ensemble du système nécessaire à la réaction.

Il ne faut pas oublier que leur prototype n’est pas conçu pour purifier l’eau des autres contaminants, mais cela reste un bon début dans la recherche d’alternatives de purification de l’eau, face à un avenir où l’on risque une pénurie d’eau potable.

« La purification nécessite d’autres dispositifs pour éliminer les ions de métaux lourds, ajuster le pH et éliminer les résidus », explique Wang. « Nous devons combiner notre système avec d’autres, pour répondre aux exigences en matière de purification de l’eau ».

Source : Chem

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