Un groupe multidisciplinaire d’ingénieurs et de scientifiques a découvert une nouvelle méthode de filtration de l’eau qui pourrait avoir des implications pour une variété de technologies, telles que les usines de dessalement, les tissus respirants et protecteurs et la capture du carbone dans les séparations de gaz. L’équipe de recherche, dirigée par Manish Kumar de la Cockrell School of Engineering de l’Université du Texas à Austin, a publié ses conclusions dans le dernier numéro de Nature Nanotechnology .
L’étude, qui a réuni des chercheurs de l’UT Austin, de la Penn State University, de l’Université du Tennessee, de l’Université Fudan et de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, a été initialement inspirée par la façon dont nos cellules transportent l’eau dans tout le corps et a commencé comme une tentative développer des canaux artificiels pour le transport de l’eau à travers les membranes. L’objectif était d’imiter les aquaporines, des protéines membranaires essentielles qui servent de canaux d’eau et se trouvent dans certaines cellules. Les aquaporines sont des systèmes de filtration d’eau rapides et efficaces. Ils forment des pores dans les membranes des cellules dans diverses parties du corps – les yeux, les reins et les poumons – où l’eau est la plus sollicitée.
Kumar et l’équipe n’ont pas réussi à refléter le système d’aquaporine exactement comme prévu. Au lieu de cela, ils ont découvert un processus de filtration de l’eau encore plus efficace. Contrairement aux cellules individuelles d’aquaporine du corps, qui fonctionnent efficacement indépendamment les unes des autres, les membranes développées par le groupe de recherche de Kumar ne fonctionnaient pas bien seules.
Mais, lorsqu’il a combiné plusieurs d’entre eux pour créer des réseaux de «fils d’eau», ils ont été très efficaces pour le transport et la filtration de l’eau. Les fils d’eau sont des chaînes de molécules d’eau densément connectées qui se déplacent exceptionnellement rapidement, comme un train et ses voitures individuelles.
“Nous essayions de copier le processus de transport d’eau déjà compliqué utilisé par les aquaporines et sommes tombés sur une méthode entièrement nouvelle et encore meilleure”, a déclaré Kumar, professeur agrégé au département de génie civil, architectural et environnemental de l’école Cockrell. “C’était complètement fortuit. Nous ne savions pas que cela arriverait.”
Ces réseaux de membranes artificielles pourraient s’avérer utiles pour séparer le sel de l’eau, un procédé de filtration actuellement inefficace et coûteux. La nouvelle membrane a montré des propriétés de dessalement impressionnantes, présentant un sel beaucoup plus sélectif et probablement une autre élimination des contaminants par rapport aux processus existants.
“Notre méthode est mille fois plus efficace que les processus de dessalement actuels en termes de sélectivité et de perméabilité”, a déclaré Kumar. “Pour 10 000 molécules d’eau salée qui traversent les systèmes de dessalement actuels, une molécule de sel pourrait ne pas être filtrée. Avec notre nouvelle technologie à membrane, une molécule de sel pour 10 millions de molécules d’eau ne serait pas filtrée, tout en maintenant un taux de transport d’eau comparable à ou mieux que les membranes actuelles. ”
Pendant toute sa carrière, Kumar s’est concentré sur le développement de matériaux et de processus qui prennent la fonctionnalité des modèles moléculaires biologiques et les appliquent à des échelles d’ingénierie.
“Il est difficile d’imiter même efficacement la complexité du fonctionnement du corps humain, en particulier au niveau moléculaire”, a-t-il déclaré. “Cette fois, cependant, la nature a été le point de départ d’une découverte encore plus grande que ce que nous aurions pu espérer.”
Source: https://www.engr.utexas.edu/ – 16/12/19
Photo: Erik Zumalt, Cockrell School of Engineering, Université du Texas à Austin