Un système réutilisable inspiré naturellement qui purifie l'eau et se construit

Dans la nature, l'interaction des molécules à la limite de différents liquides peut donner naissance à de nouvelles structures. Ces molécules auto-assemblées rendent la formation des cellules possible et contribuent au développement de toute vie sur Terre.

Ils peuvent également être conçus pour remplir des fonctions spécifiques et maintenant, une équipe de chercheurs de Penn State a mis à profit cette occasion de développer un matériau qui pourrait éliminer les polluants persistants de l'eau. Les chercheurs ont récemment publié leurs résultats dans des matériaux fonctionnels avancés.
Ro Water Filter

"Nous nous sommes inspirés des systèmes biologiques pour voir si nous pouvons faire émerger des phénomènes similaires avec des molécules non biologiques", a déclaré Scott Medina, professeur adjoint de génie biomédical et auteur correspondant sur le journal.

Pour leur expérience, les chercheurs ont choisi d'incorporer du fluor, un élément que l'on ne trouve couramment dans la nature, dans un acide aminé et le mélanger avec une huile fluorée pour guider son organisation moléculaire. L'équipe a ajouté l'huile fluorée à l'eau, où elle formait une perle composée de la gouttelette de fluor entourée d'un revêtement en acides aminés. Lorsque les chercheurs ont inversé le flacon pour exposer la perle à l'air, les composants de la perle se sont réarrangés pour former un film. Composé d'une fine couche d'huile fluorée entourée de deux couches de structures cristallines microscopiques d'acides aminés, ce film pourrait se réorganiser dans la perle lorsqu'il est agité et prendre d'autres molécules fluorées avec.

"Les fluorines ne jouent pas bien avec les autres, donc si vous les assemblez, il y a de très fortes interactions", a déclaré Medina. "Les contaminants fluorés dans l'eau veulent se séparer de l'eau et trouver d'autres matières riches en fluor."

Ce phénomène, et la capacité du composé à basculer entre un état de film et la forme des perles, ont suscité l'intérêt des chercheurs pour une éventuelle capture de polluants. Les substances per- et polyfluoroalkyle (PFAS) sont des produits chimiques artificiels contenant du fluor généralement utilisé dans la fabrication de produits hydrauliques ou à graisse. Leur structure moléculaire leur permet de s'accumuler dans les environnements et le corps humain permanent.

"La nature n'a pas évolué de moyens de décomposer efficacement les molécules contenant du fluor, de sorte que ces composés restent longtemps", a déclaré Medina. "Ils entrent dans les eaux usées et le sol, font leur chemin dans l'eau potable et la nourriture, et nous les consommons - et notre corps ne les dégrade pas très bien non plus."

Pour tester le potentiel du nouveau composé pour la capture des PFAS, les chercheurs ont ajouté de l'eau contaminée à un récipient en plastique recouvert de leur film d'acides aminés fluorés. Le film a capturé des substances PFAS en deux heures et a pu les tenir jusqu'à 24 heures. À partir de ce stade, le film contenant des PFAS pourrait être agité pour se réformer en une perle cohérente qui pourrait être facilement collectée dans l'eau maintenant purifiée.

Les chercheurs prévoient d'explorer davantage ces capacités d'extraction des polluants, en étudiant non seulement la purification de l'eau, mais également le potentiel de récolte des composés de l'air. Avec des recherches supplémentaires sur ses applications, le composé fluoré pourrait devenir un outil d'élimination des contaminants multi-usages à utiliser dans une variété de paramètres.

"Il y a beaucoup d'efforts pour enquêter sur la toxicologie des PFA et comment les réglementer", a déclaré Medina. "Ce matériel pourrait être mis en œuvre pour retirer les PFAS de l'eau potable et nous pensons qu'il pourrait également avoir beaucoup d'utilité dans d'autres domaines."