Même les meilleurs filtres à eau laissent passer certaines choses, mais concevoir des matériaux améliorés puis les tester prend du temps et est difficile. Désormais, les chercheurs de Sciences centrales de l’AEC rapportent que l’intelligence artificielle (IA) pourrait accélérer le développement de matériaux prometteurs. Dans une étude de preuve de concept, ils ont simulé différents modèles de groupes hydrophile et hydrophobe recouvrant la membrane poreuse d’un filtre et ont trouvé des arrangements optimaux qui devraient laisser passer l’eau facilement et ralentir certains contaminants.
Les systèmes de filtration, allant des accessoires de robinet aux systèmes industriels de la taille d’une pièce, nettoient l’eau pour la consommation et d’autres utilisations. Cependant, les membranes de filtration actuelles ont du mal si l’eau est extrêmement sale ou contient de petites molécules neutres, telles que l’acide borique – un insecticide couramment utilisé sur les plantes cultivées. En effet, les matériaux poreux synthétiques sont généralement limités au tri des composés par taille ou par charge. Mais les membranes biologiques ont des pores constitués de protéines, telles que l’aquaporine, qui peuvent séparer l’eau des autres molécules par leur taille et leur charge en raison des différents types de groupes fonctionnels, ou collections d’atomes, tapissant les canaux. Inspirés à faire de même avec un matériau poreux synthétique, M. Scott Shell et ses collègues ont voulu utiliser des ordinateurs pour concevoir l’intérieur d’un pore de nanotube de carbone pour filtrer l’eau contenant de l’acide borique.
Les chercheurs ont simulé un canal de nanotubes de carbone avec des groupes hydroxyle (attirant l’eau) et/ou méthyle (repoussant l’eau) attachés à chaque atome sur la paroi interne. Ensuite, ils ont conçu et testé des milliers de modèles de groupes fonctionnels avec des algorithmes d’optimisation et l’apprentissage automatique, un type d’IA, pour évaluer la vitesse à laquelle l’eau et l’acide borique se déplaceraient à travers les pores. Voici ce qu’ils ont trouvé :
- Les modèles optimaux avaient une ou deux rangées de groupes hydroxyle pris en sandwich entre des groupes méthyle, formant des anneaux autour de la section médiane du pore.
- Dans ces simulations, l’eau traversait le pore presque deux fois plus vite que l’acide borique.
- Une autre série de simulations a montré que d’autres solutés neutres, notamment le phénol, le benzène et l’isopropanol, pouvaient également être séparés de l’eau avec les conceptions optimisées de nanotubes de carbone.
Selon les chercheurs, cette étude démontre l’utilité de l’IA pour développer des membranes de purification de l’eau dotées de nouvelles propriétés et pourrait constituer la base d’un nouveau type de système de filtration. Ils ajoutent que l’approche pourrait être adaptée pour concevoir des surfaces qui pourraient avoir des interactions uniques avec l’eau ou d’autres molécules, telles que des revêtements qui résistent à l’encrassement.
Les auteurs reconnaissent le financement du Département américain de l’énergie (via le Center for Materials for Water and Energy Systems (M-WET), un Energy Frontier Research Center) avec un soutien supplémentaire de la US National Science Foundation, du California NanoSystems Institute, du Materials Centre de recherche en sciences et en génie et bourse de recherche de la National Science Foundation.
Source de l’histoire :
Matériel fourni par Société américaine de chimie. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.