En utilisant l’expérimentation, l’apprentissage automatique et de puissants rayons X, des chercheurs de l’Université de Chicago et du Laboratoire national d’Argonne ont développé un dispositif de désionisation capacitive (CDI) dans lequel la surface moléculaire des électrodes a été modifiée afin qu’elle puisse adsorber beaucoup plus de plomb. efficacement que des appareils similaires.
La désionisation capacitive est une technologie dans laquelle une membrane constituée de matériaux d’électrode élimine les ions métalliques de l’eau. Il s’est avéré une technique prometteuse pour les filtres à eau de nouvelle génération. De l’avis de Chen, la création d’un tel dispositif pourrait avoir de vastes implications. Cela pourrait aider à éliminer le plomb de l’eau pour créer une eau potable plus sûre, et cela pourrait aider à la réutilisation de l’eau en piégeant le phosphore et le lithium d’un approvisionnement en eau, puis en libérant le phosphore pour une utilisation dans les engrais et le lithium pour une utilisation dans les technologies d’ énergie propre .
Le scientifique a expliqué que les technologies actuelles n’ont pas la capacité de séparer sélectivement des traces de différents ions dans l’eau, ou ne peuvent le faire qu’à un coût élevé. Alors que certaines technologies peuvent séparer les métaux, elles ne peuvent pas entièrement distinguer un type d’ion métallique d’un autre. Ceci est important car, alors que le plomb doit être retiré de l’eau potable, un autre métal, le calcium, doit être laissé dans l’eau car il est bénéfique pour la santé humaine.
Améliorer les CDI
Les CDI se sont révélés prometteurs pour éliminer les ions métalliques sélectionnés en utilisant des matériaux carbonés comme l’oxyde de graphène dans leurs électrodes. Pour améliorer ces dispositifs, l’équipe UChicago-Argonne avait besoin de mieux comprendre l’interaction entre les molécules et les ions à la surface des électrodes du dispositif.
À l’aide de la modélisation et de l’apprentissage automatique, la co-chercheuse Maria Chan a cherché à comprendre comment la modification de groupes moléculaires fonctionnels – des groupes spécifiques d’atomes qui ont leurs propres caractéristiques – sur la surface de l’électrode affecterait la sélectivité et l’élimination des ions métalliques.
« En utilisant des modèles informatiques, nous pouvons comprendre et sélectionner des groupes fonctionnels au niveau moléculaire. En utilisant des modèles d’apprentissage automatique, nous pouvons élargir la recherche à un certain nombre de molécules différentes potentiellement viables », a déclaré Chan.
Les scientifiques ont finalement trouvé des groupes fonctionnels qui pourraient se fixer à l’oxyde de graphène et adsorber sélectivement différents types d’ions de l’eau. Leurs prédictions ont été validées expérimentalement par Chen, montrant que l’appareil pouvait éliminer beaucoup plus efficacement le plomb de l’eau avec ces nouveaux groupes fonctionnels.
L’équipe a utilisé la source de photons avancée du laboratoire, un rayon X à haute énergie, pour comprendre la structure du plomb dans les échantillons d’eau et élucider l’interaction entre le CDI et le plomb.
Ensuite, ils prévoient de tester l’appareil en utilisant d’autres ions métalliques, notamment le lithium et le cobalt.
Source : mining.com
