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Mar 17, 2024

Solaire

Les chercheurs ont développé un hydrogel alimenté par la lumière solaire et doté d’une structure semblable à celle d’un luffa, capable de purifier rapidement de grandes quantités d’eau contaminée par des huiles, des métaux et des microplastiques. Le matériel,

Les chercheurs ont développé un hydrogel alimenté par la lumière solaire et doté d’une structure semblable à celle d’un luffa, capable de purifier rapidement de grandes quantités d’eau contaminée par des huiles, des métaux et des microplastiques. Le matériau, qui fonctionne même par temps nuageux, pourrait fournir suffisamment d'eau de qualité potable pour répondre aux besoins quotidiens d'une personne.

Les hydrogels sont très prometteurs pour des applications telles que la purification de l’eau, mais les techniques actuelles ne peuvent pas générer des quantités d’eau suffisantes en raison des structures à pores fermés des matériaux étudiés jusqu’à présent. En revanche, les luffas naturels, que de nombreuses personnes utilisent pour exfolier la peau, ont des pores larges, ouverts et interconnectés. L’eau peut ainsi filtrer à un rythme considérablement accéléré à travers ces structures.

Dans le nouveau travail, une équipe de chercheurs dirigée par Rodney Priestley et Xiaohui Xu de l'Université de Princeton a fabriqué un gel absorbant solaire de type luffa (LSAG) avec une structure à pores ouverts interconnectée. Le gel peut produire de l'eau de qualité potable à partir de diverses sources contaminées à un débit d'environ 26 kg/m2/h, ce qui est suffisamment élevé, disent-ils, pour répondre aux besoins quotidiens en eau d'une personne.

Les chercheurs ont fabriqué leur LSAG à partir de poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAm), de polydopamine (PDA) et de poly(méthacrylate de sulfobétaïne) (PSBMA) en utilisant un solvant éthylène glycol-eau.

"Nous avons développé l'hydrogel PNIPAm inspiré du luffa par polymérisation radicalaire en utilisant le solvant mixte comme milieu de polymérisation", explique Xu. "Nous avons ensuite fonctionnalisé le PNIAm avec du PDA et du PSBMA via une approche de polymérisation in situ, donnant ainsi un matériau absorbant solaire multifonctionnel et très durable pour purifier l'eau."

Les chercheurs ont testé leur gel solaire de type luffa en l'immergeant dans une solution d'eau contaminée à une température inférieure à sa température critique inférieure (LCST), la température en dessous de laquelle le gel est hydrophile. Ils ont observé que le gel gonflait en absorbant de grandes quantités d’eau tout en capturant simultanément les contaminants.

Ils ont ensuite exposé le gel à une lumière solaire simulée comprise entre 0,5 et 1 kW/m2 (0,5 à 1 soleil), élevant sa température au-dessus de sa LCST. Cela fait passer le gel d'un état hydrophile à un état hydrophobe, permettant ainsi à l'eau purifiée d'être rapidement libérée, explique Xu. En effet, le gel libère environ 70 % du liquide stocké en seulement 10 à 20 minutes.

Le purificateur d'eau à énergie solaire s'inspire du poisson-globe

Selon les chercheurs, qui rapportent leurs travaux dans ACS Central Science, le nouveau gel absorbant solaire pourrait ouvrir un « nouveau paradigme pour la production d’eau solaire avec le potentiel de répondre à la demande humaine quotidienne ».

L’équipe travaille actuellement au développement d’un hydrogel antibactérien capable de tuer efficacement les bactéries nées dans l’eau. "Nous testerons également la capacité de notre gel à purifier l'eau contaminée par des PFAS [substances per- et polyfluoroalkyles]", a déclaré Xu à Physics World.