Concept d’artiste du matériau. Le matériau réel est plein de trous et ressemble légèrement à un fromage suisse. Les trous lui permettent d’attirer les molécules de benzène, un polluant toxique.
Le nouveau matériau peut capturer de petites quantités de benzène, un polluant nocif, dans l’air tout en utilisant moins d’énergie que les matériaux précédents.
Un nouveau matériau capable d’éliminer les substances nocives de l’air a été créé par des scientifiques de l’Université de Limerick en Irlande.
Selon les chercheurs, la substance utilise beaucoup moins d’énergie que les matériaux actuels et peut capturer des traces du polluant nocif qu’est le benzène dans l’air.
Les chercheurs pensent que ce matériau poreux en forme d’éponge pourrait révolutionner la recherche d’air pur et apporter une contribution substantielle à la lutte contre le changement climatique.
Le professeur Michael Zaworotko, titulaire de la chaire Bernal d’ingénierie des cristaux et professeur de recherche de la Fondation scientifique d’Irlande à l’Institut Bernal de l’Université de Limerick, et ses collègues ont mis au point ce nouveau matériau. Les résultats ont été publiés dans la prestigieuse revue Nature Materials le 28 avril 2022.
Le professeur Michael Zaworotko, titulaire de la chaire Bernal d’ingénierie des cristaux et professeur de recherche de la Science Foundation of Ireland à l’Institut Bernal de l’Université de Limerick. Crédit : True Media/Sean Curtin
Les composés organiques volatils (COV), dont le benzène, constituent une catégorie de polluants toxiques à l’origine de graves problèmes environnementaux et sanitaires. Le développement de technologies permettant d’éliminer le benzène de l’air à des concentrations infimes et de le faire avec une faible empreinte énergétique sont deux défis qui n’ont pas été relevés jusqu’à présent.
“Une famille de matériaux poreux – comme une éponge – a été développée pour capturer les vapeurs de benzène de l’air pollué et produire un flux d’air propre pendant une longue période de travail”, explique le professeur Zaworotko.
“Ces matériaux pourraient être régénérés facilement sous un chauffage doux, ce qui en fait des candidats pour la purification de l’air et l’assainissement de l’environnement.
“Nos matériaux peuvent faire beaucoup mieux en termes de sensibilité et de temps de travail que les matériaux traditionnels”.
Le professeur Zaworotko et le Dr Xiang-Jing Kong du département des sciences chimiques de l’UL, ainsi que des collègues d’universités de premier plan en Chine, ont développé le nouveau matériau poreux qui a une affinité si forte pour le benzène qu’il capture le produit chimique toxique même lorsqu’il est présent à seulement 1 partie sur 100 000.
Le matériau qui a été créé à l’Institut Bernal de l’Université de Limerick – est nommé BUT-55. Crédit : UL/Bernal
Ce matériau ressemble à un fromage suisse car il est plein de trous et ce sont ces trous qui attirent les molécules de benzène, selon les chercheurs.
En termes d’énergie, comme le processus de capture est basé sur une liaison physique plutôt que chimique, l’empreinte énergétique de la capture et de la libération est beaucoup plus faible que celle des générations précédentes de matériaux.
“Le fractionnement des mélanges de gaz est difficile à réaliser. C’est particulièrement vrai pour les composants mineurs de l’air, comme le dioxyde de carbone et l’eau. Les propriétés de notre nouveau matériau montrent que la rupture n’est plus difficile à réaliser pour le benzène”, a expliqué le professeur Zaworotko.
Des travaux antérieurs du laboratoire du professeur Zaworotko ont abouti à des matériaux de pointe pour la capture du carbone et la récolte de l’eau. Le matériau de récupération de l’eau a des propriétés si favorables pour capturer et libérer l’eau de l’atmosphère qu’il est déjà utilisé dans les systèmes de déshumidification.
Le Dr Xiang-Jing Kong a expliqué : “Grâce à une conception intelligente, nos matériaux réussissent à relever des défis d’ordre technique et social, comme l’élimination des traces de benzène dans l’air. Cette tâche est difficile pour les matériaux conventionnels, ce qui souligne le charme des matériaux poreux.”
Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent qu’une nouvelle génération de matériaux poreux sur mesure du type inventé à l’UL peut permettre une approche générale de la capture des produits chimiques toxiques dans l’air.
“Les isomères aromatiques sont difficiles à séparer dans leurs mélanges avec les méthodes traditionnelles, qui sont toujours gourmandes en énergie”, a expliqué le Dr Xiang-Jing Kong.
“Cette recherche a ouvert des possibilités de concevoir des matériaux poreux pour une séparation efficace de ces produits chimiques avec un faible apport énergétique, ainsi que pour l’élimination d’autres polluants à l’état de traces dans l’air.”
L’étude a été financée par le Conseil européen de la recherche et la Science Foundation Ireland.
Référence : “Élimination de traces de vapeur de benzène à l’aide de membranes à double paroi.metal-dipyrazolate frameworks” par Tao He, Xiang-Jing Kong, Zhen-Xing Bian, Yong-Zheng Zhang, Guang-Rui Si, Lin-Hua Xie, Xue-Qian Wu, Hongliang Huang, Ze Chang, Xian-He Bu, Michael J. Zaworotko, Zuo-Ren Nie, et Jian-Rong Li, 28 avril 2022, Nature Materials.
DOI: 10.1038/s41563-022-01237-x
