Des adsorbants efficaces pour le traitement des eaux usées industrielles sont importants pour minimiser les dommages environnementaux potentiels. En particulier, les colorants organiques, en tant que groupe important de polluants industriels, sont généralement très solubles dans l'eau, non dégradables et nombre d'entre eux sont toxiques, voire cancérigènes. Changxia Li et Freddy Kleitz de la Faculté de chimie de l'Université de Vienne ont présenté avec leurs collègues une nouvelle approche pour concevoir un matériau composite innovant, constitué d'une structure organique covalente (COF) nanoporeuse et ultra-mince ancrée sur du graphène, très efficace. à filtrer les polluants organiques de l'eau. L'étude a été publiée dans Chimie appliquée.

"Il existe aujourd'hui plusieurs façons, y compris les filtres à charbon actif, de purifier l'eau, mais il reste encore place à l'amélioration de l'efficacité ou de la capacité d'adsorption des applications", explique le premier auteur et chercheur postdoctoral Changxia Li.

Le groupe de Freddy Kleitz de l'Institut de chimie inorganique – Matériaux fonctionnels développe de nouveaux matériaux nanoporeux. Les matériaux poreux ont une surface totale beaucoup plus grande qu'un matériau non poreux pour le même volume et peuvent ainsi accumuler un nombre particulièrement important de molécules sur les surfaces au cours de l'adsorption.

COF hautement poreux comme nouvelle classe de matériaux

Les structures organiques covalentes (COF) constituent une classe de matériaux relativement nouvelle. Ils sont particulièrement poreux, tout en étant de faible densité et légers. Covalent signifie que leurs liaisons chimiques se forment via des paires d'électrons entre les atomes.

Les colorants que les chercheurs ont étudiés dans leur solution modèle aqueuse mesuraient environ 0.8 à 1.6 nanomètres. « Nous avons développé une nouvelle méthode pour former du COF d'une manière relativement respectueuse de l'environnement, en utilisant de l'eau. En tant que tel, nous avons pu développer de petites « éponges », avec des tailles et des formes de pores conçues dans la gamme nanométrique, ainsi qu'une charge de surface négative adaptée, qui était très sélective pour attirer les molécules cibles chargées positivement, c'est-à-dire nos colorants. , hors de l'eau", ont déclaré les chercheurs, "Tout comme l'éponge absorbe l'eau, seulement dans notre cas, ce sont les polluants."

Une colonne vertébrale en graphène

Lors de l'utilisation de poudre COF en vrac, les pores internes du matériau ne sont souvent plus accessibles aux polluants en raison du blocage des pores au niveau du bord extérieur, en particulier pour les grands polluant molécules. Le nouveau matériau composite développé par les chercheurs offre une structure parfaitement perméable : à cet effet, les chercheurs ont cultivé du COF sur des nanofeuilles de graphène en couches minces. La combinaison du graphène – en soi déjà une couche 2D d’atomes de carbone – et de la couche de COF, qui mesure jusqu’à deux nanomètres d’épaisseur, a abouti à une structure 3D compacte et ouverte. La couche ultra fine de COF pourrait exposer plus de sites d’adsorption que la poudre de COF en vrac.

D’un autre côté, les pores plus grands, en forme de nid d’abeilles, du réseau de graphène supportent le transport de d'eau à travers le matériau filtrant. "Les grands pores du réseau de graphène, combinés à la couche ultra fine de COF avec un grand nombre de sites d'adsorption, permettent donc un traitement des eaux usées particulièrement rapide et efficace", ont déclaré les chercheurs. En raison de l'apport de matériaux relativement faible de graphène ainsi que la possibilité de réutiliser le matériau compositeUne fois les polluants éliminés, en tant que filtre, le développement est également relativement rentable, ont-ils déclaré.