L'Université de Birmingham développe des catalyseurs ultrafins pour dégrader les polluants de l'eau

fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de l'Université de Birmingham (University of Birmingham, www.birmingham.ac.uk) ont présenté une nouvelle méthode de production de catalyseurs ultrafins, offrant une nouvelle voie pour la décomposition catalytique des polluants persistants de l'eau. Ce procédé utilise des matériaux en couches comme précurseurs, les disperse dans des solvants durables (eau et éthanol), et applique un taux de déformation élevé aux phases liquide et solide de la dispersion. La contrainte mécanique surmonte les forces d'attraction de Van der Waals qui lient les matériaux, séparant les couches en feuillets micrométriques et nanométriques, pouvant atteindre une épaisseur de quelques atomes ou molécules. Outre la fabrication de matériaux ultrafins à haute efficacité quantique, ce nouveau procédé facilite également la combinaison de différents matériaux, permettant à l'équipe de recherche d'expérimenter « des matériaux artificiels uniques, tels que le nitrure de carbone graphitique et le disulfure de molybdène, deux semi-conducteurs en couches organiques et inorganiques prometteurs qui peuvent soutenir l'activité photocatalytique dans les régions spectrales ultraviolette (UV) et visible », a déclaré Jason Stafford, professeur associé en génie mécanique à l'Université de Birmingham. Ce procédé est entraîné par des forces mécaniques plutôt que par l'énergie thermique, ce qui lui confère une empreinte environnementale plus faible par rapport à d'autres méthodes de fabrication de catalyseurs, et les solvants et précurseurs peuvent être récupérés et réutilisés au cours du processus.

L'accent mis sur la photocatalyse a conduit à l'application de ces nouveaux matériaux dans la dégradation des polluants nocifs dans l'eau. Ces applications utilisent généralement des photocatalyseurs pour les procédés d'oxydation avancée (Advanced Oxidation Processes, AOPs). Irwing Ramirez, chercheur à l'Université de Birmingham, a souligné : « En réalisant la photocatalyse dans les régions UV et visible, ces matériaux catalyseurs peuvent utiliser une proportion plus élevée de lumière solaire incidente que les photocatalyseurs traditionnels (comme le dioxyde de titane) et éviter certains inconvénients des autres AOPs. Cela peut ouvrir la voie à un traitement des eaux usées solaire passif qui nécessite généralement un éclairage intense. De plus, les nanomatériaux nanostructurés bidimensionnels offrent une plus grande surface par gramme de matériau, contribuant à améliorer les taux de réaction et à une utilisation plus efficace de la lumière. »

En laboratoire, l'équipe a déjà préparé des matériaux photocatalytiques de nouvelle génération à l'échelle du litre, équivalant à environ 100 grammes de catalyseur. Jacob Brown, étudiant diplômé de l'équipe de Stafford, a ajouté : « Bien que la quantité totale semble faible, pour les applications de traitement des eaux usées, elle peut traiter des centaines, voire des milliers de litres d'eau. Ces travaux montrent également que les nanomatériaux synthétisés peuvent être supportés sur des substrats comme le verre, évitant ainsi une séparation coûteuse du catalyseur en aval et permettant de traiter de grands volumes d'eaux usées. Cela est particulièrement important pour l'extension aux systèmes de traitement en continu. » Pour démontrer le catalyseur lui-même dans un environnement de traitement des eaux usées, l'équipe est passée d'un petit procédé semi-discontinu à un système pilote de 5 litres, qui peut être éclairé par la lumière UV ou solaire en extérieur.