La technique de purification de l’eau de mer est plus performante que les matériaux couramment utilisés, même le charbon actif

Des chercheurs de l’université de Nagoya au Japon, dirigés par Yusuke Yamauchi et Yusuke Asakura, en collaboration avec Xingtao Xu de l’université Zhejiang Ocean, ont découvert une nouvelle technique pour améliorer les électrodes qui convertissent l’eau de mer en eau potable en utilisant de l’oxygène.

« Avec l’augmentation de la population mondiale, la pénurie d’eau va probablement devenir un problème critique« , a indiqué M. Yamauchi, expliquant la motivation de l’étude. « Nous avons été ravis de mettre au point un matériau plus performant que tous les matériaux existants, même le charbon actif. »

La technique consiste à éliminer les ions de l’eau de mer à l’aide d’électrodes, ce qui permet d’obtenir de l’eau désionisée et potable. Au cours du processus, les ions de l’eau de mer sont attirés par la surface de l’électrode et les ions chargés sont stockés dans une double couche électrique qui se forme à cet endroit. En plus de purifier l’eau, les ions peuvent être extraits des électrodes après la séparation, ce qui permet de réutiliser des ions utiles, tels que le sodium, dans des processus industriels.

Les électrodes les plus couramment utilisées sont les électrodes poreuses carbonées, qui utilisent une base de carbone et d’azote avec des pores pour créer une surface élevée permettant d’extraire les ions des liquides. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que le « dopage hétéroatomique« , qui consiste à introduire des atomes pour modifier la structure d’un matériau et en améliorer les performances, pourrait améliorer la conductivité et la stabilité des électrodes.  

« Nous avons utilisé l’oxygène pour le dopage, car l’oxygène crée des effets synergiques avec l’azote qui augmentent l’adsorption des ions. Nous avons constaté qu’en présence d’oxygène, l’affinité de l’azote pour les ions augmentait« , explique Yusuke Asakura. « Nous avons été ravis de découvrir que l’oxygène affecte la désionisation capacitive. Notre équipe a été la première à démontrer ce rôle« .

Un avantage inattendu est apparu lorsque les chercheurs ont découvert que les électrodes dopées à l’oxygène avaient une surface encore plus grande, probablement parce que le processus de dopage a modifié l’activité de carbonisation. Cette surface accrue augmente l’efficacité de la purification.

M. Yamauchi estime que ces résultats constituent un rappel important pour les chercheurs afin qu’ils ne négligent pas certaines techniques. « D’autres groupes ont négligé l’utilisation potentielle de l’oxygène dans ce processus », a-t-il affirmé. C’est pourquoi nous avons inclus « dévoiler le rôle négligé du dopage à l’oxygène » dans le titre de l’article.

Bien que les matériaux à base de carbone soient déjà relativement peu coûteux, les chercheurs pensent que leurs découvertes permettront de réduire encore le coût de la purification de l’eau, rendant ainsi la technologie plus accessible aux communautés côtières mal desservies et confrontées à des pénuries d’eau douce.

Au-delà de la purification de l’eau, cette innovation a des applications prometteuses dans l’industrie automobile, où des électrodes similaires sont des composants essentiels des piles à combustible, en particulier celles utilisées dans les véhicules à hydrogène.

Image : Le dispositif de dessalement (crédit : Jiabao Li et al. Nature Communications (Springer Nature))

L’étude, “Unveiling the neglected role of oxygen doping in nitrogen-doped carbon for enhanced capacitive deionization performance,” a été publiée dans Nature Communications ; DOI: 10.1038/s41467-025-56694-0.

Source : U. Nagoya