Une équipe de recherche met au point un matériau microporeux unique composé de hafnium et de zirconium pour l'adsorption de l'eau.
L'approvisionnement en eau potable est déjà critique dans de nombreuses régions arides du monde - une situation qui est exacerbée par l'avancée du changement climatique. L'une des solutions possibles actuellement étudiées consiste à extraire l'eau de l'air ambiant, car même dans les régions les plus arides du monde, il y a une certaine humidité.
Un matériau basé sur les métaux zirconium et hafnium, Le système d'information sur la santé, mis au point par une équipe du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) et de la Technische Universität Dresden (TUD), pourrait s'avérer utile. Il s'agit de ce que l'on appelle des MOFs (de “metal-organic frameworks”), une classe de matériaux connue depuis environ 25 ans : des réseaux artificiels d'ions métalliques et de molécules organiques comme éléments de liaison. Les MOF ont une structure ouverte et très poreuse, semblable aux pores d'une éponge de cuisine, et une surface intérieure extrêmement grande. Ils peuvent être utilisés pour diverses applications potentielles telles que le stockage de gaz, la séparation de substances, la catalyse, la technologie des capteurs ou le stockage de médicaments. Selon le HZDR, l'extraction de l'eau est un processus particulièrement prometteur.
Dans ses travaux de recherche, l'équipe a synthétisé deux MOF à base de zirconium et d'hafnium, maintenus par le même cadre organique. Dans la nature, ces deux éléments sont toujours présents ensemble. Des recherches ultérieures utilisant diverses techniques ont confirmé que les matériaux ont une capacité d'adsorption élevée, selon une étude publiée dans la revue ACS Applied Materials & Interfaces. En raison de la similarité remarquable entre le zirconium et l'hafnium, les cadres métallo-organiques obtenus se caractérisent par la taille exacte des pores et une grande stabilité chimique, explique Stefan Kaskel, titulaire de la chaire de chimie inorganique I à l'université technique de Dresde.
Les composés à structure organométallique peuvent absorber de manière réversible l'eau de l'air dans les pores qu'ils forment.
Photo : B. Schröder/ HZDR
Base des futurs matériaux pour l'extraction de l'eau de l'air
L'étude fournit également des indications sur le mécanisme général d'adsorption de l'eau par les MOF, qui doit être mieux compris. Sur cette base, de meilleurs matériaux pour l'extraction de l'eau de l'air pourraient être développés à l'avenir, par exemple dans les pompes à chaleur à adsorption : Des MOF qui capturent les molécules d'eau de l'atmosphère et les libèrent en ajoutant de la chaleur ou en réduisant la pression.
Cependant, il reste encore beaucoup à faire avant que cette technologie puisse être utilisée commercialement, notamment en trouvant des solutions rentables pour produire de grandes quantités de MOF. Comme cela nécessite de nouveaux procédés de fabrication respectueux de l'environnement, l'équipe de l'université technique de Dresde utilise déjà les principes correspondants de la “chimie verte”.”
Plus d'innovation: “les réseaux artificiels pourraient également contribuer à relever de nombreux autres défis de notre époque, tels que neutraliser les gaz d'échappement ou désarmement des armes chimiques.
Photo : iStock/hadynah
