Nanotechnologie de purification de l'eau: Solutions innovantes pour l'eau propre et la durabilité environnementale

Par Fouad Sabry

Nanotechnologies pour la purification de l'eau-Ce chapitre présente le rôle des nanotechnologies dans l'amélioration des techniques de purification de l'eau, soulignant leur potentiel pour améliorer l'efficacité et réduire l'impact environnemental.

Osmose inverse-Ce chapitre aborde l'application des nanotechnologies aux systèmes d'osmose inverse, présentant les avancées qui ont rendu ce procédé de filtration plus efficace et économe en énergie.

Oxyde de graphite-Une analyse approfondie du rôle de l’oxyde de graphite dans la filtration de l’eau, mettant en avant ses propriétés uniques d’élimination des contaminants et d’amélioration de la qualité de l’eau.

Yury Gogotsi-Ce chapitre se concentre sur les contributions de Yury Gogotsi aux nanotechnologies, notamment dans la purification de l’eau et les domaines connexes, et présente ses recherches révolutionnaires.

Membrane nanotube-Ce chapitre présente l’utilisation des membranes nanotubes dans la purification de l’eau, en détaillant comment leur structure offre des capacités de filtration supérieures.

Carbone dérivé du carbure-Ce chapitre explore le carbone dérivé du carbure comme matériau de filtration de l’eau, en soulignant sa grande surface spécifique et son potentiel d’amélioration de l’efficacité de la filtration.

Buckypaper-Ce chapitre présente le buckypaper, un nanomatériau léger et durable, et ses applications potentielles dans la purification de l’eau, offrant de meilleures performances et une meilleure rentabilité.

Applications énergétiques des nanotechnologies-Ce chapitre met en évidence les avantages des nanotechnologies non seulement pour la purification de l’eau, mais aussi pour la production d’énergie et la durabilité.

Nanotube de carbone graphéné-Ce chapitre se concentre sur la combinaison du graphène et des nanotubes de carbone, explorant comment ce matériau hybride améliore les technologies de filtration et de traitement de l’eau.

Nanotechnologie verte-Ce chapitre explore l’importance croissante des nanotechnologies respectueuses de l’environnement, soulignant leur potentiel dans les procédés durables de purification de l’eau.

Nanotube de carbone-Un aperçu détaillé des nanotubes de carbone et de leur impact sur la filtration de l’eau, abordant leurs propriétés uniques et la manière dont ils révolutionnent les méthodes de purification.

Menachem Elimelech-Examine les travaux pionniers de Menachem Elimelech en technologie membranaire et leur pertinence pour les pratiques modernes de purification de l’eau.

Nanotubes de carbone pour le transport de l’eau-Ce chapitre présente l’application des nanotubes de carbone pour améliorer le transport de l’eau dans les systèmes de filtration, améliorant ainsi l’efficacité globale.

Résistance à la traction-Ce chapitre explore l’impact de la résistance à la traction des nanomatériaux sur leurs performances en filtration de l’eau, apportant un éclairage sur la durabilité des systèmes de filtration.

Électrocatalyseur-Ce chapitre explore le rôle des électrocatalyseurs dans le traitement de l’eau, en se concentrant sur l’utilisation des nanotechnologies pour améliorer les procédés électrochimiques.

Nanobatteries-Ce chapitre étudie l’intersection entre nanotechnologie et stockage d’énergie, en examinant comment les avancées technologiques des nanobatteries peuvent améliorer les systèmes de purification de l’eau.

Applications potentielles des nanotubes de carbone-Ce chapitre propose une analyse approfondie des diverses applications des nanotubes de carbone dans la purification de l’eau, de la filtration aux méthodes de traitement avancées.

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 17 mars 2025

Aperçu du livre

Chapitre 1 :Nanotechnologie pour la purification de l'eau

Une grande variété de purificateurs d'eau sont actuellement sur le marché. Ces purificateurs d'eau utilisent une variété de processus, notamment l'ébullition, la filtration, la distillation, la chloration, la sédimentation et l'oxydation. À l'heure actuelle, la nanotechnologie joue un rôle important dans les processus utilisés pour purifier l'eau. Les atomes peuvent être manipulés à l'échelle nanométrique, ce qui est le processus qui constitue la nanotechnologie. La nanotechnologie utilise des nanomembranes dans le but d'adoucir l'eau et d'éliminer les impuretés telles que les contaminants physiques, biologiques et chimiques. Ceci est accompli par l'utilisation de nanostructures. Lorsqu'il s'agit de fournir de l'eau potable salubre avec un haut niveau d'efficacité, les nanotechnologies offrent un large éventail de solutions qui utilisent des nanoparticules. Certaines méthodes ont été mises à disposition pour un usage commercial.

L'utilisation de la nanotechnologie est recommandée dans le but d'améliorer les processus de purification ou de traitement de l'eau. Il existe une grande variété de nanomatériaux et de nanoparticules qui sont utilisés dans les procédures des applications de traitement de l'eau. Les techniques d'assainissement, de dessalement, de filtration, de purification et de traitement de l'eau peuvent toutes bénéficier de l'application de la nanotechnologie.

Une plus grande surface et un volume plus petit sont les principales caractéristiques qui contribuent à l'efficacité des nanoparticules dans le traitement de l'eau. Les particules deviennent plus robustes, stables et durables à mesure que la surface et le volume des particules augmentent.

À l'échelle nanométrique, les matériaux ont le potentiel d'apporter des modifications à leurs propriétés électriques, optiques, physiques, chimiques ou biologiques. Cela facilite le processus des processus chimiques et biologiques.

La bouteille LifeSaver, le jerrycan Lifesaver, le cube Lifesaver, le Nanoceram et le NanoH2O sont tous des exemples de purificateurs d'eau commerciaux qui utilisent maintenant la nanotechnologie.

Le matériau renouvelable à base de nanocellulose possède à la fois une surface élevée et une résistance élevée. En plus d'être chimiquement inerte, il possède une chimie de surface hydrophile qui est adaptable. En raison de ces caractéristiques, il s'agit d'un nanomatériau qui présente un grand potentiel d'utilisation comme membrane et filtre dans les systèmes de purification de l'eau, dans le but d'éliminer les contaminants chimiques et bactériens de l'eau polluée. Il a été observé que le matériau nanocellulosique dans la technologie de purification de l'eau est très prometteur. Les nanocristaux de cellulose (CNC) et les nanofibrilles de cellulose (CNF) sont deux exemples des différents types de matériaux nanocellulosiques disponibles pour une utilisation dans les systèmes de purification de l'eau. Les nanomatériaux qui ont la forme d'une tige et dont la taille varie de 100 à 2000 nanomètres et d'un diamètre de 2 à 20 nanomètres sont mentionnés ici. L'origine et le processus de préparation de la synthèse de la nanocellulose sont les principaux facteurs qui déterminent la longueur et le diamètre de la nanocellulose. Les matériaux en nanocellulose sont utilisés dans le but d'éliminer les contaminants organiques de l'eau, y compris les traces de pesticides, d'huiles et de couleurs présentes dans l'eau. L'élimination des ions métalliques tels que Cu2+, Fe2+ et autres, ainsi que des sulfates, des fluorures et d'autres composés organiques, est maintenant accomplie par la fabrication d'une membrane totalement biosourcée dans laquelle la nanocellulose est utilisée. Les avantages de ce filtre en nanocellulose fabriqué à partir de biomatériaux sont plus importants que ceux des filtres traditionnels. Un assortiment de techniques, y compris l'hydrolyse de l'acide sulfurique et le processus de broyage mécanique, sont utilisés dans la production de nanocellulose. Le concept d'absorption est la base principale sur laquelle reposent les systèmes de filtration d'eau. Les matériaux nanocellulosiques sont fonctionnalisés avec un groupe cationique chargé positivement afin de faciliter l'absorption des espèces métalliques anioniques. De la même manière, le matériau nanocellulosique est fonctionnalisé avec le groupe anionique chargé négativement afin de faciliter l'absorption des espèces métalliques cationiques. Les matériaux à base de nanocellulose ont des limites en termes de spécificité et de coût de production à grande échelle. Dans le but d'améliorer la capacité d'adsorption, la recherche actuelle est centrée sur la synthèse de matériaux nanocellulosiques hybrides, qui sont combinés à un certain nombre de nanomatériaux différents.

Le graphène est un matériau chimiquement inactif, physiquement robuste et qui ne permet pas au gaz ou au liquide de le traverser. Pour cette raison, le carbone est un composant essentiel dans la production de nanomatériaux à caractère poreux. La capacité de séparer efficacement les molécules dans une phase gazeuse ou liquide est possédée par des membranes de graphène qui sont fabriquées par des molécules d'oxyde de graphène ou du graphène converti chimiquement qui est collé avec des réseaux nano-médiés en 2D. Les membranes de graphène peuvent être formées par l'une ou l'autre de ces deux méthodes. En ce qui concerne le traitement de l'eau, les nanomembranes enrobées de graphène auraient plus d'applications potentielles en raison des caractéristiques uniques qu'elles possèdent. La formation de membranes de graphène peut être accomplie par l'utilisation d'un filtrage sous vide ou l'application de feuilles d'oxyde de graphène comme support de revêtement. Une augmentation de la plage de débit d'eau a été observée dans la membrane de nanofiltration recouverte de graphène. Le graphène qui a été implanté avec des nanotubes de carbone afin de servir de nanofiltres est plus utile pour l'élimination des ions de sel, le rejet des colorants dans les effluents d'eau, et il fonctionne également comme un agent antisalissure. En raison du lien étroit qui existe entre les feuilles de graphène et les protéines, les membranes de nanofiltre en graphène sont équipées d'un agent antisalissure très efficace. De plus, les membranes nanofiltrantes recouvertes d'oxyde de graphène sont bénéfiques pour la déchloration de l'eau. De plus, le nanofiltre ultramince recouvert de graphène est le filtre le plus puissant qui a le potentiel d'être commercialisé avec succès à des fins de purification de l'eau. Les membranes d'oxyde de graphène peuvent être utilisées de diverses manières, y compris les membranes libres, les membranes modifiées en surface et le graphène coulé dans des membranes. Ces membranes peuvent être utilisées dans le processus de production de micro, nano ou ultrafiltres. En raison de la résistance mécanique et des qualités physico-chimiques de la membrane, les nanofiltres sont plus efficaces que les autres types de filtres lorsqu'il s'agit de dessaler l'eau. En outre, le processus de production et d'utilisation de nanofiltres à base d'oxyde de graphène à des fins de dessalement de l'eau présente certaines difficultés. Les obstacles comprennent l'instabilité mécanique, les imperfections de surface, la stratégie de coût et l'assemblage. Si les nanofiltres se présentent sous la forme de nanofeuilles, les défis incluent l'instabilité mécanique. Par conséquent, d'autres projets pourraient être entrepris dans ce domaine de recherche dans le but de contribuer à l'amélioration de la société.

Les nanotubes de carbone ont suscité beaucoup d'attention en raison de leurs applications potentielles en tant que filtres pour les eaux usées et l'eau. Les propriétés mécaniques, électriques et chimiques des nanotubes de carbone en ont fait un matériau unique en son genre qui a été une cible attrayante pour la recherche depuis 1990. Il a été découvert que la combinaison de nanotubes de carbone et d'électrochimie était le moyen le plus efficace pour la purification de l'eau et des eaux usées. Afin de ralentir le rythme auquel le CNT s'encra, l'électrochimie est d'aide. Par rapport aux filtres à base de NTC qui n'ont pas été modifiés, les ultrafiltres à base de nanotubes de carbone (NTC) et traités par électrochimie contribuent à réduire la consommation d'énergie d'un facteur deux. Le développement de nanotubes de carbone électrochimiques peut être attribué aux recherches approfondies qui ont été menées dans les domaines de la nanotechnologie et de l'électrochimie. C'est dans ce contexte que l'utilisation de l'activité électrochimique du CNT est effectuée. En 1996, P.J. Britto et ses collègues ont construit le tout premier nanotube de carbone électrochimique (NTC), et les résultats ont été reconnus pour la première fois. Dans un filtre électrochimique à nanotubes de carbone (NTC), les électrodes et le NTC sont disposés de telle sorte que les électrodes sont capables d'attirer les déchets qui obstruent le NTC en fonction de ses charges. Il en résulte un haut niveau d'efficacité de filtrage et une prolongation de la durée de vie du CNT dans le processus. Les nanotubes de carbone électrochimiques sont un outil polyvalent qui peut être utilisé pour éliminer efficacement les couleurs basées sur les groupes aminés des eaux usées. Initialement, Chen et al. ont déclaré que de fortes liaisons covalentes étaient responsables de l'absorption des couleurs sur les parois des NTC. Dans la plupart des cas, ces nanotubes de carbone électrochimiques peuvent être utilisés dans le but de filtrer et de recycler les eaux usées. À l'heure actuelle, il existe un grand nombre de développements non annoncés dans les capteurs électrochimiques à base de nanotubes de carbone (CNT), et ceux-ci font actuellement l'objet de recherches approfondies afin d'apporter leurs possibilités dans les systèmes biomédicaux.

{Fin du chapitre 1}

Chapitre 2 :Osmose inverse

- Le processus de distillation

(MSF) est l'abréviation de Multi-Step Flash Distillation.

(MED) est l'abréviation de distillation à effets multiples.

Un système de compression de vapeur (VC)

- MSF, qui signifie distillation flash en plusieurs étapes

Distillation à effets multiples, souvent connue sous le nom de MED

(VC) est l'abréviation de compression de vapeur.

L'échange d'ions

- Procédés à l'intérieur des membranes

(EDR) est l'abréviation de l'inversion de l'électrodialyse.

RO est l'abréviation de osmose inverse.

Nanofiltration, en abrégé NF

MD est l'abréviation de distillation membranaire.

FO est l'abréviation de Forward Osmosis.

Inversion de l'électrodialyse, souvent connue sous le nom d'EDR

RO est l'abréviation de osmose inverse.

NF est l'abréviation de nanofiltration.

Distillation membranaire, abrégée en MD

FO est l'abréviation de Forward Osmosis.

- Dessalement par congélation

dessalement par chaleur géothermique

- Dessalement à l'aide du soleil

Humidification et déshumidification effectuées par le soleil (HDH)

Hydratation aux nombreux effets (également connue sous le nom de METH)

Serre en eau de mer

- Humidification et déshumidification effectuées par le soleil (HDH)

- METH, qui signifie humidification à effets multiples

Une serre remplie d'eau de mer

La formation de cristaux à partir de l'hydrate de méthane

- Eau recyclée de la plus haute qualité

Dessalement de l'eau à l'aide de l'énergie houlomotrice

- MSF, qui signifie distillation flash en plusieurs étapes

Distillation à effets multiples, souvent connue sous le nom de