La percée des polymères pourrait révolutionner la purification de l’eau

Nous avons tous vu les assainisseurs d'air Febreze, qui utilisent un dérivé d'amidon de maïs pour piéger les polluants atmosphériques invisibles dans la maison et éliminer les odeurs indésirables.

Une équipe de chercheurs de Cornell a utilisé le même matériau que celui trouvé dans Febreze, la cyclodextrine, pour développer une technique qui pourrait révolutionner l'industrie de la purification de l'eau.

L'équipe est dirigée par Will Dichtel, professeur agrégé de chimie et de biologie chimique et lauréat d'une bourse de la Fondation MacArthur 2015. Son groupe a inventé une forme poreuse de cyclodextrine qui absorbe les polluants par adsorption à des taux largement supérieurs au charbon actif traditionnel – 200 fois plus élevé dans certains cas.

Les charbons actifs ont l'avantage d'avoir une plus grande surface que les polymères précédents fabriqués à partir de cyclodextrine – « plus de sites sur lesquels les polluants peuvent adhérer », a déclaré Dichtel – mais ils ne lient pas les polluants aussi fortement que la cyclodextrine.

"Ce que nous avons fait, c'est fabriquer le premier matériau à grande surface composé de cyclodextrine", a déclaré Dichtel, "combinant certains des avantages du charbon actif avec les avantages inhérents de la cyclodextrine. Lorsque vous combinez les meilleures caractéristiques de ces deux matériaux, vous obtenez un matériau encore meilleur que l’une ou l’autre classe.

"Ces matériaux élimineront les polluants en quelques secondes, à mesure que l'eau s'écoule", a-t-il déclaré, "il existe donc un potentiel de purification de l'eau à très faible consommation d'énergie, ce qui est un gros problème."

De plus, le polymère contenant de la cyclodextrine présente une régénération plus facile et moins coûteuse, de sorte qu'il peut être réutilisé plusieurs fois sans perte de performances observée.

Les résultats d'environ 18 mois de travail sont publiés en ligne dans Nature le 21 décembre.

Le soutien à ces travaux est venu de la National Science Foundation par l'intermédiaire du Center for Sustainable Polymers, qui rassemble une équipe diversifiée de chercheurs de Cornell, de l'Université du Minnesota et de l'Université de Californie à Berkeley, pour découvrir des matériaux haute performance issus de matériaux durables et non durables. -les sources pétrolières.

Suite à la découverte du polymère de cyclodextrine, un soutien supplémentaire pour développer et construire des systèmes de filtration prototypes a été fourni par le Centre Atkinson de Cornell pour un avenir durable.

La recherche a commencé peu de temps après l'attribution de la subvention NSF. Il n'a pas fallu longtemps pour que l'équipe de Dichtel identifie le polymère de cyclodextrine comme étant prometteur pour la purification de l'eau. Après avoir passé quelques mois supplémentaires à analyser le matériel, Dichtel a contacté Damian Helbling, professeur adjoint de génie civil et environnemental. Les domaines d'étude de Helbling incluent la qualité de l'eau en ce qui concerne la santé humaine et celle des écosystèmes.

"Mon rôle à cette étape initiale, en janvier ou février dernier, était celui de consultant", a déclaré Helbling, co-auteur de l'article. « Ils ont dit : « Nous avons ce polymère qui peut faire cela ; à quels problèmes de qualité de l’eau cela pourrait-il s’appliquer ? »

Helbling a noté que son groupe a contesté le polymère d'une manière que le groupe de Dichtel n'avait pas fait, pour voir s'il adsorberait divers mélanges de polluants à des concentrations plus faibles pertinentes pour la purification de l'eau dans le monde réel.

«[Notre contribution était] de prouver que même dans des conditions environnementales pertinentes, les phénomènes observés étaient reproductibles. Et ils l’étaient », a déclaré Helbling.

La recyclabilité est un autre avantage du polymère de cyclodextrine, a déclaré Dichtel. Alors que les filtres à charbon actif doivent subir un traitement thermique intense pour être régénérés, les filtres à cyclodextrine peuvent être lavés à température ambiante avec du méthanol ou de l'éthanol. Et aucune baisse des performances après la régénération n’a été observée, a déclaré Dichtel.

Dichtel, dont le « Genius Award » de la Fondation MacArthur totalisera 625 000 $ sur cinq ans, a déclaré qu'une partie de ce prix servirait à approfondir la recherche sur la purification de l'eau par la cyclodextrine, ouvrant ainsi la voie à un produit pouvant être fabriqué à grande échelle.

"Traditionnellement, il est difficile de combler l'écart entre la découverte en laboratoire et la diffusion dans le monde d'un produit susceptible d'aider les gens", a-t-il déclaré. "Donc, disposer d'un soutien totalement illimité, qui peut être utilisé de manière pragmatique dans cet espace, est vraiment précieux."