Convertir les polluants atmosphériques en produits utiles
Un polluant toxique produit par l’utilisation des combustibles fossiles peut être capturé dans un flux de gaz d’échappement et converti en produits chimiques industriels utiles en utilisant uniquement de l’eau et de l’air, grâce à un nouveau matériau mis au point par une équipe internationale de scientifiques.
Un nouveau matériau qui capte le dioxyde d’azote
De nouvelles recherches menées par l’Université de Manchester ont permis de mettre au point une structure métal-organique (MOF) offrant une capacité sélective, totalement réversible et reproductible pour capturer le dioxyde d’azote (NO2), un polluant toxique de l’air produit notamment par le diesel et les biocarburants. Le NO 2 peut alors être facilement converti en acide nitrique, une industrie de plusieurs milliards de dollars dont les utilisations incluent, les engrais agricoles pour les cultures; des propulseurs de fusées et le nylon.
Les MOFs sont de minuscules structures tridimensionnelles, poreuses et capables de retenir les gaz à l’intérieur, agissant comme des cages. Les espaces vides internes des MOFs peuvent être grandes selon leur taille. Un gramme de ce matériau peut avoir une surface équivalente à un terrain de football. Cette technologie pourrait permettre de contrôler la pollution de l’air et d’aider à remédier à l’impact négatif du dioxyde d’azote sur l’environnement.
Ce matériau, appelé MFM-520, peut capter le dioxyde d’azote à des pressions et températures ambiantes – même à de faibles concentrations et pendant le débit – en présence d’humidité, de dioxyde de soufre et de dioxyde de carbone. En dépit de la nature hautement réactive des polluants, le MFM-520 s’est révélé capable de se régénérer entièrement plusieurs fois par dégazage ou par traitement à l’eau dans l’air – un processus qui convertit également le dioxyde d’azote en acide nitrique.
Le premier MOF capable de transformer un polluant en un produit industriel utile
« C’est le premier MOF à capturer et à transformer un polluant atmosphérique gazeux toxique en un produit industriel utile », a déclaré Sihai Yang, auteur principal. « Il est également intéressant de noter que le taux le plus élevé d’absorption de NO2 par ce MOF se produit à environ 7 degrés Celsius, ce qui correspond à peu près à la température des échappements des automobiles. »
Le professeur Martin Schröder a déclaré : « le marché mondial de l’acide nitrique en 2016 était de 2,5 milliards de dollars, de sorte que les fabricants de cette technologie MOF ont beaucoup de potentiel pour récupérer leurs coûts et profiter de la production d’acide nitrique qui en résulte. D’autant plus que les seuls additifs nécessaires sont l’eau et l’air. »
Dans le cadre de cette recherche, les scientifiques ont utilisé la spectroscopie neutronique et les techniques de calcul de l’ORNL pour caractériser précisément comment le MFM-520 capture les molécules de dioxyde d’azote. « Grâce au pouvoir pénétrant des neutrons, nous avons suivi comment les molécules de dioxyde d’azote s’arrangeaient et se déplaçaient à l’intérieur des pores du matériau, et étudiait leurs effets sur la structure entière du MOF. », explique Timmy Ramirez-Cuesta, coauteur du document.
« La caractérisation du mécanisme responsable de l’absorption rapide et élevée du NO2 servira de base à la conception future de matériaux améliorés pour capter les polluants atmosphériques », a déclaré Jiangnan Li, premier auteur et étudiant au doctorat à l’Université de Manchester.
Le MFM-520 offre des solutions à plusieurs défis
Par le passé, la capture des gaz à effet de serre et des gaz dans l’atmosphère constituait un défi en raison de leurs concentrations relativement faibles et parce que l’eau dans l’air est en concurrence et peut souvent affecter négativement la séparation des molécules de gaz ciblées des autres gaz. Un autre problème était de trouver un moyen pratique de filtrer les gaz captés et de les convertir en produits utiles et à valeur ajoutée. Le matériau MFM-520 offre des solutions à plusieurs de ces défis.
Cette recherche a été publiée dans Nature Chemistry.
Source : University of Manchester
Crédit photo : Pixabay