Un nouveau filtre à eau peut éliminer les ions de métaux lourds toxiques et les substances radioactives en un seul passage.
La membrane filtrante est un hybride de deux matériaux à faible coût: les fibres de protéines de lactosérum et le charbon actif. La technologie simple surmonte plusieurs inconvénients des méthodes existantes, qui sont généralement coûteuses et ne peuvent supprimer qu'un élément spécifique ou avoir une très petite capacité de filtrage.
"Le projet est l'une des choses les plus importantes que j'aurais pu faire", déclare Raffaele Mezzenga, professeur de nourriture et de matériaux souples à l'ETH Zurich. Lui et son collègue Sreenath Bolisetty décrivent la technologie dans la revue Natural Nanotechnology.
Au cœur du système de filtration se trouve un nouveau type de membrane hybride composée de charbon actif et de fibres de protéines de lactosérum rigides et rigides. Les deux composants sont peu coûteux et simples à produire.
Les protéines de lactosérum sont dénaturées, ce qui les amène à s'étirer, et finalement se rassembler sous la forme de fibrilles amyloïdes. Avec le charbon actif, ces fibres sont appliquées sur un matériau de substrat approprié, tel qu'un papier filtre en cellulose. La teneur en carbone est 98%, avec un simple pourcentage 2 constitué par la protéine.
Récupère de l'or précieux
Cette membrane hybride absorbe divers métaux lourds d'une manière non spécifique, y compris des éléments pertinents sur le plan industriel, tels que le plomb, le mercure, l'or et le palladium. Cependant, il absorbe également des substances radioactives, telles que l'uranium ou le phosphore-32, qui sont pertinentes dans les déchets nucléaires ou certaines thérapies contre le cancer, respectivement.
La membrane élimine également les cyanures métalliques hautement toxiques de l'eau. Cette classe de matériaux comprend le cyanure d'or, qui est couramment utilisé dans l'industrie électronique pour produire des pistes conductrices sur les cartes de circuits imprimés.
La membrane constitue un moyen simple de filtrer et de récupération de l'or, ainsi le système de filtres puisse un jour jouer un rôle important dans le recyclage de l'or aussi.
"Le bénéfice généré par l'or récupéré est plus de 200 fois le coût de la membrane hybride", explique Mezzenga.
Comment ça marche
Le processus de filtration est extrêmement simple: l'eau contaminée est aspirée à travers la membrane.
"Un vide suffisamment forte peut être produit avec une pompe à main simple," dit Mezzenga ", ce qui permettra au système de fonctionner sans électricité."
Le système est presque infiniment évolutif, ce qui rend rentable de filtrer de grands volumes d'eau.
Lorsque les substances toxiques sont aspirées à travers le filtre, elles «adhèrent» principalement aux fibres protéiques, qui possèdent de nombreux sites de liaison où des ions métalliques individuels peuvent s'ancrer. Cependant, la grande surface du charbon actif peut également absorber de grandes quantités de toxines, ce qui retarde la saturation des membranes.
De plus, les fibres de protéines confèrent une résistance mécanique à la membrane et, à des températures élevées, permettent de transformer chimiquement les ions piégés en nanoparticules métalliques précieuses.
Très haute capacité
Mezzenga est enthousiaste au sujet de la capacité de filtration de la membrane hybride. Dans les essais avec du chlorure de mercure, par exemple, la concentration du mercure présent dans le filtrat a chuté de plus de 99.5 pour cent.
L'efficacité est encore plus élevé, avec un composé de cyanure d'or et de potassium toxiques, où 99.98 pour cent du composé a été lié à la membrane, ou avec des sels de plomb, où l'efficacité était plus grande que 99.97 pour cent. Et l'uranium radioactif, 99.4 pour cent de la concentration initiale était liée pendant la filtration.
«Nous avons atteint ces valeurs élevées en un seul passage», dit Bolisetty.
Même sur plusieurs passes, la membrane hybride filtre les substances toxiques avec un haut degré de fiabilité. Bien que la concentration de mercure dans le filtrat augmenté par un facteur de 10 de 0.4 ppm (parties par millions) à 4.2 ppm après le passage 10, la quantité de protéine utilisée était extrêmement faible.
Pour filtrer un demi-litre d'eau contaminée, les chercheurs ont utilisé une membrane ne pesant qu'un dixième de gramme, dont 10% en poids étaient constitués de fibres protéiques.
"Un kilo de protéines de lactosérum serait suffisant pour purifier 90,000 litres d'eau», dit Mezzenga.
Cela suggère l'efficacité peut être augmentée en ajoutant plus de la teneur en protéines dans la membrane, il ajoute, en insistant sur la flexibilité de cette nouvelle approche.
Mezzenga, qui a breveté la technologie, est confiant que le filtre trouvera son chemin sur le marché.
"Il existe de nombreuses applications pour elle, et de l'eau est l'un des problèmes les plus urgents auxquels nous sommes confrontés aujourd'hui", ajoute-il.
La source: ETH Zurich
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