Le dernier rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat des Nations Unies dresse un sombre tableau de l’approvisionnement en eau dans le monde : sur les 7,8 milliards d’habitants de la planète, environ 4 milliards n’ont pas accès à une eau suffisamment propre pendant au moins un mois chaque année. Bien que plusieurs systèmes de purification de l’eau aient été proposés, ils échouent systématiquement à un moment critique – généralement, ils ne sont pas assez stables, gros ou robustes pour des applications dans le monde réel, selon des chercheurs basés à l’Institut technique de physique et de chimie de l’Académie chinoise des sciences. et l’Université de Xiamen en Chine qui ont peut-être résolu le problème.
Le 22 mars à Nano-rechercheles chercheurs ont rapporté les détails d’une nouvelle plate-forme qui utilise la lumière du soleil pour purifier l’eau de mer avec une efficacité énergétique élevée par rapport à d’autres approches similaires (supérieures à 90 %) tout en évitant les pièges courants.
« Il y a une énorme demande d’eau douce dans les ménages et pour les applications industrielles, agricoles et autres, c’est pourquoi diverses technologies de purification de l’eau ont été développées pour atténuer la pénurie de ressources en eau douce », a déclaré l’auteur de l’article Miao Wang, du Collège des matériaux de l’Université de Xiamen. « En comparant les voies, la purification solaire de l’eau de mer ou de l’eau contaminée par évaporation interfaciale est prometteuse en tant que système à faible coût. »
De telles approches de purification utilisent la lumière du soleil pour chauffer l’eau à sa surface, évaporant le liquide et séparant les homologues pollués ou salés des molécules d’eau, qui s’échappent ensuite dans l’air sous forme de vapeur pour entrer dans le cycle naturel de condensation pour devenir de l’eau propre et consommable. Le problème, selon l’auteur de l’article Xu Hou, du Collège de chimie et de génie chimique de l’Université de Xiamen, et du Collège des sciences physiques et de la technologie, est que les tentatives de mise à l’échelle de cette approche pour une application dans le monde réel ont été entravées par la contamination par le pétrole, l’instabilité, le sel- cristallisation et procédés de fabrication compliqués.
« Pour générer plus d’eau purifiée sous la même quantité de lumière solaire, comment acquérir plus d’énergie pour chauffer localement l’eau afin d’améliorer le taux de vaporisation, sans rencontrer les inconvénients des autres approches ? » Hou a demandé. « Nous avons répondu à cette question et conçu une plate-forme d’évaporateur ultra-stable et résistante au sel qui peut maintenir une évaporation accélérée tout en continuant à repousser l’huile pour éviter la contamination. »
Les chercheurs ont combiné deux gels dans une émulsion huile-dans-eau. Le matériau en gel, appelé organohydrogel, peut passer d’une phase à l’autre de la matière, mais il est en grande partie liquide contenu dans un réseau de chaînes moléculaires. En dosant l’organohydrogel avec des nanotubes de carbone, les chercheurs ont créé des « points chauds » qui peuvent focaliser localement la lumière solaire à la surface de l’eau, empêchant la dissipation de la chaleur dans toute la zone. La structure ramifiée du matériau aide également à empêcher la dissipation d’énergie et facilite le transfert de molécules pour empêcher la cristallisation du sel.
L’organohydrogel a une faible densité, donc lorsqu’il plonge sous le niveau de la surface de l’eau, il peut flotter à nouveau pour un processus d’évaporation durable. L’eau soulevée entoure l’évaporateur, créant un effet de répulsion capillaire latérale dans lequel les molécules d’huile se décollent de l’eau chauffée, comme le mercure se détache du verre d’un thermomètre.
Lors de tests expérimentaux, la plate-forme évaporait environ 2,4 kilogrammes d’eau par mètre carré par heure et pouvait persister pendant 240 heures sans élimination supplémentaire nécessaire, même dans des conditions de « contamination par le pétrole énorme », a déclaré l’auteur de l’article Shutao Wang, de l’Académie chinoise des sciences (CAS ) Laboratoire Clé des Matériaux Bio-inspirés et Sciences des Interfaces, Institut Technique de Physique et Chimie.
« Nous avons développé une plate-forme de chauffage anti-encrassement par l’huile avec une utilisation remarquable de l’énergie solaire, qui montre un grand potentiel pour la purification pratique de l’eau à l’énergie solaire, même dans l’eau fortement contaminée », a déclaré Wang, « Nous espérons que cette approche économique et respectueuse de l’environnement aider à soulager davantage la pénurie mondiale de ressources en eau douce. »
Xuetao Xu et al, Purification de l’eau polluée par le pétrole via la plateforme d’organohydrogel dopé aux nanotubes de carbone, Nano-recherche (2022). DOI : 10.1007/s12274-022-4118-8