Le nouveau design améliore la décontamination de l'eau grâce à un jet de plasma.

24 janvier 2024

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relecture effectuée par University of Córdoba

Le plasma est un gaz ionisé, c'est-à-dire un gaz contenant des électrons, des ions, des atomes, des molécules, des radicaux et des photons. On l'appelle souvent le quatrième état de la matière, et étonnamment, il imprègne tout. Les plasmas, qui sont générés artificiellement en transmettant de l'énergie à un gaz, se trouvent dans les tubes fluorescents qui éclairent les cuisines, mais ils ont également permis aux téléphones portables de devenir de plus en plus petits.

Le plasma a été une véritable révolution dans le monde de la technologie. Auparavant, pour graver les circuits sur les plaques de silicium utilisées dans les appareils électroniques tels que les téléphones portables, il était nécessaire d'utiliser des produits chimiques polluants. Maintenant, l'utilisation du plasma permet de le faire de manière plus propre et plus précise, ce qui permet de rendre les fentes de plus en plus petites, et avec elles, les appareils.

Mais le plasma a d'autres applications, comme le traitement de l'eau. Les groupes FQM-136 Physics of Plasmas et FQM-346 Organic Catalysis and Nanostructured Materials de l'Université de Córdoba ont collaboré à une étude de recherche dont l'objectif était l'élimination des contaminants présents dans l'eau en appliquant du plasma pour favoriser des processus chimiques.

Leur étude est publiée dans la revue Chemosphere.

Afin de s'attaquer au problème de la présence croissante de polluants organiques dans les eaux, tels que les colorants et autres composés provenant de l'activité agricole et industrielle dans les eaux qui déstabilisent les écosystèmes, ces chercheurs ont opté pour l'application du plasma.

En 2017, ils ont démontré, pour la première fois, que les plasmas d'argon induits par des micro-ondes ouverts à l'air, lorsqu'ils agissent sur l'eau, génèrent en elle des espèces réactives contenant de l'oxygène et de l'azote (comme les radicaux hydroxyle, le peroxyde hydronique, les radicaux azote) capables de la décontaminer.

Maintenant, les chercheurs Juan Amaro Gahete, Francisco J. Romero Salguero et María C. García ont réussi à concevoir un réacteur de ce type de plasma et à augmenter de manière significative les quantités de ces espèces actives générées dans l'eau, permettant ainsi la destruction de concentrations élevées de colorants (dans ce cas, le bleu de méthylène) en quelques minutes seulement.

Ils ont réalisé cela en modifiant la conception du surfatron, le dispositif métallique qui mélange l'énergie d'un générateur de micro-ondes avec le plasma pour le maintenir.

"Ce que nous avons fait, c'est de placer un petit morceau de silicium dans le tube de décharge en quartz, ce qui permet de générer un plasma différent, qui n'est pas filamentaire et qui est plus efficace pour créer des espèces actives lorsqu'il interagit avec l'eau", a expliqué le professeur María C. García.

Les composants du plasma mentionnés ci-dessus, lorsqu'ils interagissent avec l'eau, génèrent des espèces oxydantes capables de dégrader les composés organiques et de tuer les microorganismes, ce qui permet d'utiliser ce réacteur à plasma dans des applications liées à la remédiation de l'eau.

Cette nouvelle configuration élargit donc les possibilités d'application de ce type de plasma.

"La conception change complètement la configuration du champ électromagnétique généré par le surfatron pour créer le plasma, ce qui donne un plasma aux propriétés différentes et plus efficaces, éliminant également le problème de la filamentation (la division de la colonne de plasma en de nombreux filaments), qui la déstabilise", a expliqué le professeur García.

Et ensuite... décontamination. "Ces espèces oxydantes générées grâce à l'action du plasma sont très réactives et permettent de détruire la matière organique à l'intérieur de l'eau", a poursuivi le professeur Francisco J. Romero.

Pour que cela se produise, le plasma n'est pas introduit dans l'eau. Il est plutôt amené à agir à distance, de sorte qu'entre l'eau et le plasma, il y a une zone d'air où de nombreuses réactions se produisent en raison des collisions entre les espèces excitées et les molécules d'oxygène, d'azote et de vapeur d'eau, et des "espèces réactives qui diffusent dans le liquide et finissent par éliminer les contaminants" sont générées.

Le potentiel décontaminant de ce type de plasma, généré avec cette nouvelle conception, "a été testé pour réduire les concentrations élevées de colorant bleu de méthylène dans l'eau, avec des résultats très efficaces en termes d'énergie, permettant l'élimination complète du colorant en peu de temps de traitement réduit", a déclaré le chercheur Juan Amaro.

Thus with this work, progress is made on one of the applications of plasma, that 'fourth state of matter' created by providing a stable gas with energy and converting it into an ionized gas, with this being applicable to almost everything: manufacturing microchips, disinfecting surfaces, healing wounds, depositing anti-reflective coatings on glasses, improving seed germination, recovering waste, activating the surface of plastics to achieve better paint adhesion, and countless other applications.

Journal information: Chemosphere

Provided by University of Córdoba