Des chercheurs américains ont conduit des expériences de filtration d’eaux polluées à l’aide de nanotubes de carbone à paroi unique, des nano-objets naturellement hydrophobes. Leurs résultats sont encourageants. © Jemzo, Pixabay, CC0, domaine public

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Des nanotubes de carbone pour filtrer l’eau polluée

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Rejets industriels ou agricoles, déchets ménagers. Les eaux de nos rivières et de nos océans sont polluées. Et la remédiation naturelle semble insuffisante. Alors, des chercheurs américains proposent d'utiliser des filtres recyclables à base de nanotubes de carbone pour aider à retrouver une eau plus saine.

  • Des nanotubes de carbone peuvent être utilisés pour filtrer de l'eau polluée.
  • Les nanotubes à feuillet unique et semi-conducteurs se montrent les plus efficaces.
  • Ils sont de plus facilement recyclables.

Selon des chercheurs du RIT (Rochester Institute of Technology, États-Unis), les nanotubes de carbone pourraient constituer la base de filtres à eau de nouvelle génération. Ils promettent d'être plus efficaces sur les eaux polluées et plus durables que le charbon actif et autres gels de silicium utilisés actuellement. Des filtres qui seraient en plus recyclables. Ou régénérables... « Une fois le filtre à eau saturé, passez-le au four à micro-ondes pendant environ 5 minutes et les impuretés se seront évaporées », assure Reginald Rogers, professeur assistant au RIT.

Les nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT) ou monofeuillets, utilisés ici, ont été obtenus à partir de feuilles de graphène enroulées sur elles-mêmes. Ils ont ensuite été triés par chromatographie en fonction de leurs propriétés électroniques : les semi-conducteurs d'un côté, les métalliques de l'autre. Enfin, les chercheurs américains ont arrangé chaque type de SWCNT en sortes de feuilles de papier carbone.

Les nanotubes de carbone à paroi unique semi-conducteurs se montrent plus efficaces en matière de filtration d’eau polluée que les nanotubes de carbone métalliques. © John-David Rocha, Reginald Rogers, Rochester Institute of Technology

Les nanotubes de carbone actuellement les plus efficaces

La capacité d'adsorption de ces filtres en environnement aqueux a ensuite été testée, et mesurée par spectroscopie, sur divers polluants. Ceux composés de nanotubes de carbone semi-conducteurs se sont révélés plus de 70 % plus efficaces que ceux contenant des nanotubes métalliques. Un résultat que les chercheurs attribuent à la configuration électronique particulière de ces SWCNT, une configuration qui favoriserait les interactions avec les polluants organiques.

En répétant leurs expériences avec des SWCNT trouvés dans le commerce — séparés par ultracentrifugation en gradient de densité —, les chercheurs du RIT ont aussi pu apporter la preuve de l'efficacité de leur méthode de tri. Une étape cruciale dans l'élaboration de filtres commerciaux puisque les filtres à base de SWCNT triés par les chercheurs du RIT absorbent jusqu'à 60 % plus de polluants que ceux à base des SWCNT du commerce.

Pour en savoir plus

De nouveaux filtres grâce aux nanotubes de carbone

Article de France-science paru le 19/11/2005

Le nanotube de carbone est sans conteste le nano-objet phare du moment avec un nombre sans cesse croissant de publications sur ses propriétés et ses applications.

Un article récent publié dans le journal Nature par une équipe de l'université du Kentucky rapporte que d'étonnantes propriétés de transport fluidique peuvent être observées à travers des membranes constituées de nanotubes. Ces membranes sont obtenues en incorporant à l'intérieur d'un film polymère des nanotubes orientés perpendiculairement à la surface du film, ce qui permet d'en contrôler la porosité.

L'équipe du professeur Hinds, qui est passée maître dans l'art d'assembler des milliards de nanotubes pour former de telles membranes, vient de montrer expérimentalement que les fluides traversent ces membranes avec des débits étonnements élevés. Ce type de comportement avait été annoncé dès 2001 à partir de considérations théoriques, mais il restait à démontrer expérimentalement que de tels débits étaient effectivement réalisables.

L'équipe a étudié le flux de plusieurs fluides différents, et a trouvé que c'est avec l'eau que l'on obtient les meilleurs débits, ce qui paraît surprenant dans la mesure où l'on sait que les nanotubes sont naturellement hydrophobes et devraient donc ralentir le flux. Il n'en reste pas moins que les résultats annoncés montrent que ces membranes à base de nanotubes peuvent constituer d'excellents filtres, et les débits importants qu'elles permettent sont un atout supplémentaire pour une filtration efficace.

Ce nouveau polymère composite peut trouver d'autres applications, dans l'industrie alimentaire ou dans le domaine médical. Ainsi, les chercheurs travaillent à la mise au point d'un patch qui régule le flux de nicotine. Le développement de ces applications ne viendra qu'avec une réduction drastique des coûts de production, ce que les chercheurs prévoient comme proche grâce à un procédé qui leur permet aujourd'hui, en laboratoire, de faire croître jusqu'à 80 m2 de membranes de nanotubes en une journée.

Interview 2/5 : la pollution de l'eau est très diversifiée  L’eau est une denrée que nous consommons quotidiennement. Elle est essentielle à notre survie, mais sa qualité est inégale à l'état naturel. Philippe Hubert, directeur des risques chroniques de l’Ineris, nous parle des polluants qui peuvent être véhiculés par l’eau.