16.11.2022 - Princeton University

Des chercheurs mettent au point une nouvelle méthode pour éliminer le sel et les microplastiques de l'eau.

Une nouvelle étude montre que les aliments du petit-déjeuner peuvent être transformés en un matériau capable de filtrer l'eau.

Des chercheurs de Princeton Engineering ont utilisé des blancs d'œufs pour créer un aérogel, un matériau léger et poreux qui peut être utilisé dans de nombreux types d'applications, notamment la filtration de l'eau, le stockage de l'énergie et l'isolation sonore et thermique. Craig Arnold, titulaire de la chaire Susan Dod Brown de génie mécanique et aérospatial et vice-doyen de l'innovation à Princeton, travaille avec son laboratoire à la création de nouveaux matériaux, dont les aérogels, pour des applications d'ingénierie.

Un jour, lors d'une réunion de la faculté, il a eu une idée.

"J'étais assis là, à regarder le pain dans mon sandwich", a déclaré Arnold. "Et je me suis dit que c'était exactement le genre de structure dont nous avions besoin". Il a donc demandé à son groupe de laboratoire de préparer différentes recettes de pain mélangé à du carbone pour voir s'ils pouvaient recréer la structure d'aérogel qu'il recherchait. Aucune d'entre elles ne fonctionnait tout à fait bien au départ, et l'équipe a donc continué à éliminer des ingrédients au fur et à mesure des tests, jusqu'à ce qu'il ne reste finalement que des blancs d'œufs.

"Nous avons commencé avec un système plus complexe", a déclaré Arnold, "et nous avons continué à réduire, réduire, réduire, jusqu'à ce que nous arrivions au cœur de ce que c'était. Ce sont les protéines du blanc d'œuf qui conduisaient aux structures dont nous avions besoin."

Le blanc d'œuf est un système complexe de protéines presque pures qui, lorsqu'il est lyophilisé et chauffé à 900 degrés Celsius dans un environnement sans oxygène, crée une structure de brins interconnectés de fibres de carbone et de feuilles de graphène. Dans un article publié le 24 août dans Materials Today, Arnold et ses coauteurs ont montré que le matériau résultant peut éliminer le sel et les microplastiques de l'eau de mer avec une efficacité de 98 % et 99 %, respectivement.

"Les blancs d'œuf fonctionnaient même s'ils étaient d'abord frits sur la cuisinière ou fouettés", a déclaré Sehmus Ozden, premier auteur de l'article. M. Ozden, ancien associé de recherche postdoctorale au Princeton Center for Complex Materials, est maintenant chercheur au Aramco Research Center. Bien que le blanc d'œuf acheté en magasin ait été utilisé dans les premiers tests, M. Ozden a précisé que d'autres protéines similaires disponibles dans le commerce ont donné les mêmes résultats.

"Les œufs sont cool parce que nous pouvons tous nous y connecter et qu'ils sont faciles à obtenir, mais il faut faire attention à ne pas concurrencer le cycle alimentaire", a déclaré Arnold. Étant donné que d'autres protéines ont également fonctionné, le matériau peut potentiellement être produit en grandes quantités à un coût relativement faible et sans incidence sur l'approvisionnement alimentaire. La prochaine étape pour les chercheurs, a noté M. Ozden, consiste à affiner le processus de fabrication afin qu'il puisse être utilisé pour la purification de l'eau à plus grande échelle.

Si ce défi peut être résolu, le matériau présente des avantages considérables, car il est peu coûteux à produire, économe en énergie et très efficace. "Le charbon actif est l'un des matériaux les moins chers utilisés pour la purification de l'eau. Nous avons comparé nos résultats avec ceux du charbon actif, et ils sont bien meilleurs", a déclaré M. Ozden. Par rapport à l'osmose inverse, qui nécessite un apport énergétique important et un excès d'eau pour fonctionner, ce procédé de filtration ne nécessite que la gravité pour fonctionner et ne gaspille pas d'eau.

Si Arnold considère la pureté de l'eau comme un "grand défi", ce n'est pas la seule application potentielle de ce matériau. Il explore également d'autres utilisations liées au stockage de l'énergie et à l'isolation.

La recherche a bénéficié de contributions des départements de génie chimique et biologique et de géosciences de Princeton et d'ailleurs. "C'est une chose de fabriquer quelque chose en laboratoire", a déclaré M. Arnold, "et c'en est une autre de comprendre le pourquoi et le comment". Parmi les collaborateurs qui ont contribué à répondre aux questions sur le pourquoi et le comment, citons les professeurs Rodney Priestley et A. James Link, de l'ingénierie chimique et biologique, qui ont aidé à identifier le mécanisme de transformation des protéines du blanc d'œuf au niveau moléculaire. Des collègues de Princeton en géosciences ont participé aux mesures de la filtration de l'eau.

Susanna Monti, de l'Institut de chimie des composés organométalliques, et Valentina Tozzi, de l'Instituto Nanoscienze et de la NEST-Scuola Normale Superiore, ont créé les simulations théoriques qui ont révélé la transformation des protéines du blanc d'œuf en aérogel.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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