04 nov.2023 (Projecteur Nanowerk) Avec l'augmentation de la population mondiale et la pression exercée sur les réserves d'eau douce, la conversion d'une eau de mer abondante en eau potable est devenue un besoin urgent à l'échelle mondiale. Le dessalement constitue une solution potentielle, mais les méthodes conventionnelles telles que la distillation et l’osmose inverse sont énergivores et polluantes. Les scientifiques recherchent donc des moyens plus durables pour dessaler efficacement l’eau de mer. Le dessalement de l'eau de mer est un processus énergivore, représentant environ 1 % de la consommation énergétique mondiale. Les technologies thermiques comme la distillation sont actuellement les méthodes de dessalement les plus répandues, mais elles sont coûteuses et polluantes. Le dessalement par adsorption, qui utilise des matériaux poreux pour capturer les ions sel, s’avère prometteur en tant qu’alternative plus durable. Les matériaux présentent cependant des inconvénients comme une faible efficacité ou des difficultés à les régénérer sans contaminer davantage l’eau. La régénération implique généralement un rinçage avec des solutions chimiques, ce qui augmente l'empreinte environnementale. C'est ici que cadres métallo-organiques (MOF) Les MOF sont connus pour leurs grandes surfaces et leurs propriétés réglables, ce qui les rend bien adaptés à l'adsorption et à la séparation de molécules. Mais trouver des MOF stables dans l’eau a été un défi. Aujourd’hui, des chercheurs chinois font état de progrès visant à surmonter cet obstacle. Dans un article publié dans Matériaux nano appliqués ACS (« Cadres métal-organiques nanoporeux décorés de spiropyrane pour l'adsorption réversible contrôlée par la lumière de plusieurs sels de l'eau : implications pour la purification de l'eau »), ils décrivent le développement de nouveaux matériaux MOF capables d'absorber et de libérer le sel de l'eau simplement en actionnant un interrupteur. La nouvelle technologie exploite les propriétés uniques d'un MOF appelé NH2-MIL-101Cr, qui est à base de chrome et de lieurs organiques et résiste bien à l'eau par rapport aux autres MOF. Les chercheurs ont modifié ce MOF en attachant des molécules sensibles à la lumière appelées spiropyranes, créant ainsi des matériaux capables d'adsorber et de libérer divers ions de sel en réponse à des signaux lumineux.
MOF décoré de spiropyrane. (Image : ACS Applied Nano Materials) L’un des principaux avantages de cette approche est qu’elle permet une régénération des MOF totalement sans produits chimiques. Selon l'auteur principal Liming Jiang de l'Université du Zhejiang, ces travaux proposent une stratégie de synthèse pour les matériaux d'adsorption de sel qui ne nécessitent pas de produits chimiques pour la régénération. "En tant que tel, ce nouvel adsorbant régénérable par la lumière devrait avoir un grand potentiel pour être appliqué au dessalement durable et à la purification de l'eau avec l'utilisation de l'énergie solaire", a déclaré Jiang. Dans l’obscurité, les MOF décorés de spiropyrane adsorbaient efficacement les sels monovalents et divalents. Leur absorption d'ions se compare favorablement à celle d'autres matériaux MOF récemment signalés. Sous la lumière du soleil simulée, les MOF pourraient alors libérer la plupart des ions adsorbés en 30 minutes. Ce cycle pourrait être répété au moins 10 fois tout en conservant plus de 70 % de la capacité d'adsorption initiale du MOF. L’approche commutable par la lumière a également fonctionné sur de l’eau saumâtre synthétique contenant un mélange de sels. L'absorption était inférieure à celle des sels simples, mais le matériau éliminait néanmoins des quantités appréciables d'ions, le magnésium étant capturé le plus efficacement. Bien que prometteurs, des questions demeurent quant à la manière dont les spiropyran-MOF pourraient traiter l’eau de mer réelle, qui contient de nombreux sels et impuretés différents susceptibles d’interférer avec l’adsorption et la régénération. L’évaluation de la faisabilité économique et l’intensification du processus de synthèse devront également être abordées à terme. Néanmoins, l’étude fournit une preuve de concept pour un dessalement contrôlé extérieurement et totalement sans produits chimiques à l’aide d’adsorbants MOF. Compte tenu de l’abondance de lumière solaire disponible, cette approche pourrait offrir une option plus écologique et moins coûteuse pour convertir l’eau de mer abondante en eau douce propre à la consommation et à l’agriculture.
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Michael
Berger
MOF décoré de spiropyrane. (Image : ACS Applied Nano Materials) L’un des principaux avantages de cette approche est qu’elle permet une régénération des MOF totalement sans produits chimiques. Selon l'auteur principal Liming Jiang de l'Université du Zhejiang, ces travaux proposent une stratégie de synthèse pour les matériaux d'adsorption de sel qui ne nécessitent pas de produits chimiques pour la régénération. "En tant que tel, ce nouvel adsorbant régénérable par la lumière devrait avoir un grand potentiel pour être appliqué au dessalement durable et à la purification de l'eau avec l'utilisation de l'énergie solaire", a déclaré Jiang. Dans l’obscurité, les MOF décorés de spiropyrane adsorbaient efficacement les sels monovalents et divalents. Leur absorption d'ions se compare favorablement à celle d'autres matériaux MOF récemment signalés. Sous la lumière du soleil simulée, les MOF pourraient alors libérer la plupart des ions adsorbés en 30 minutes. Ce cycle pourrait être répété au moins 10 fois tout en conservant plus de 70 % de la capacité d'adsorption initiale du MOF. L’approche commutable par la lumière a également fonctionné sur de l’eau saumâtre synthétique contenant un mélange de sels. L'absorption était inférieure à celle des sels simples, mais le matériau éliminait néanmoins des quantités appréciables d'ions, le magnésium étant capturé le plus efficacement. Bien que prometteurs, des questions demeurent quant à la manière dont les spiropyran-MOF pourraient traiter l’eau de mer réelle, qui contient de nombreux sels et impuretés différents susceptibles d’interférer avec l’adsorption et la régénération. L’évaluation de la faisabilité économique et l’intensification du processus de synthèse devront également être abordées à terme. Néanmoins, l’étude fournit une preuve de concept pour un dessalement contrôlé extérieurement et totalement sans produits chimiques à l’aide d’adsorbants MOF. Compte tenu de l’abondance de lumière solaire disponible, cette approche pourrait offrir une option plus écologique et moins coûteuse pour convertir l’eau de mer abondante en eau douce propre à la consommation et à l’agriculture.
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Michael
Berger
– Michael est l'auteur de trois livres de la Royal Society of Chemistry :
Nano-société: repousser les limites de la technologie,
Nanotechnologie: l'avenir est minusculeet
Nanoingénierie: les compétences et les outils qui rendent la technologie invisible
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