L'"adsorption", à ne pas confondre avec l'absorption, est un phénomène physique qui se produit lorsque des molécules d'une substance (appelée adsorbat) se lient à la surface d'un matériau solide ou liquide (appelé adsorbant). Cette interaction se produit sans qu'il y ait de réaction chimique entre l'adsorbant et l'adsorbat, et les molécules adsorbées restent généralement à la surface du matériau.
Historiquement, le concept d'adsorption a été introduit au début du XXe siècle. En 1909, le physicien allemand Fritz Haber a développé la première théorie quantitative de l'adsorption. Depuis lors, de nombreux chercheurs ont contribué à la compréhension et à l'application de ce phénomène.
L'adsorption joue un rôle essentiel dans de nombreux domaines scientifiques et industriels en raison de ses propriétés uniques et de ses applications variées. Elle permet la séparation sélective de composés d'un mélange en fonction de leur affinité pour l'adsorbant. Cela est particulièrement utile dans la purification de l'eau, la séparation de gaz, et d'autres processus de purification.
Fonctionnement de l'adsorption
Le processus de l'adsorption repose sur la propriété qu'ont les surfaces solides de fixer certaines molécules de manière réversible, par des liaisons faibles de type Van der Waals. Cette propriété est liée à la structure même du solide où subsistent, en surface, des forces non équilibrées par suite des dissymétries dans la répartition des atomes : la formation d'une couche de molécules adsorbées compense en partie ce déséquilibre. Un matériau est considéré comme adsorbant s'il possède une surface spécifique suffisamment grande et des propriétés chimiques ou physiques qui favorisent l'interaction avec les molécules d'adsorbat. La porosité du matériau est souvent un facteur important, car elle permet une plus grande surface d'adsorption.
L'adsorption est généralement exothermique, ce qui signifie que la libération de chaleur accompagne le processus. Cela est dû à la diminution de l'énergie potentielle des molécules adsorbées lorsqu'elles sont attirées vers la surface de l'adsorbant. Cette libération de chaleur est souvent exploitée dans des applications telles que la régénération des adsorbants.
Réversibilité de l'adsorption
Lorsque les conditions environnementales changent, telles que la pression, la température ou la composition du milieu, les molécules adsorbées peuvent se détacher de la surface de l'adsorbant et retourner dans le milieu environnant. Ce processus est souvent appelé la "désorption". La réversibilité de l'adsorption est une caractéristique importante et souhaitable dans de nombreuses applications, car elle permet de régénérer et de réutiliser les matériaux adsorbants.
L’adsorption dans la vie courante
L'adsorption a de nombreuses applications pratiques dans la vie courante. Les exemples ci-dessous illustrent comment l'adsorption est intégrée dans de nombreux aspects de la vie quotidienne pour résoudre divers problèmes liés à la purification, à l'élimination d'odeurs, à la conservation des aliments, à la déshumidification et à d'autres applications pratiques:
- Purification de l'eau: Les filtres à eau exploitent l'adsorption pour éliminer les impuretés, les produits chimiques, les métaux lourds et les contaminants de l'eau potable.
- Élimination des odeurs: Des matériaux adsorbants sont utilisés dans les filtres d'air, les purificateurs d'air, et les réfrigérateurs pour adsorber les molécules responsables des odeurs indésirables.
- Produits de soins personnels: Les dentifrices et désodorisants contiennent souvent des agents adsorbants pour éliminer les substances indésirables.
- Élimination de taches: Certains détergents à lessive utilisent des agents adsorbants pour adsorber les molécules causant les taches.
- Dépollution de l'air: Certains systèmes de purification de l'air utilisent des adsorbants pour capturer les polluants atmosphériques.
- Stockage de gaz: Matériaux comme les zéolites et MOFs sont utilisés dans le stockage de gaz à des fins diverses comme le stockage d'hydrogène, le méthane ou de gaz carbonique.
- Stockage de gaz dans les emballages alimentaires: Les emballages alimentaires optimisent la conservation des aliments via l'adsorption de l'humidité et des gaz indésirables.
- Médicaments: L'adsorption est utilisée pour améliorer l'absorption des médicaments et leur efficacité thérapeutique.
Recherche et études récentes sur l'adsorption
La recherche continue de développer les applications et les efficiences de l'adsorption, avec une attention particulière portée sur la création de matériaux adsorbants plus efficaces et respectueux de l'environnement. La nanotechnologie, par exemple, offre de nouvelles possibilités pour la modification superficielle des adsorbants afin d'augmenter leur capacité et leur sélectivité.
Pour approfondir la compréhension de l'adsorption, plusieurs études scientifiques et publications récentes peuvent être consultées:
- Une étude sur les applications des MOFs dans l'adsorption et le stockage des gaz disponible sur les frameworks organiques métalliques pour le stockage de gaz
- Recherche sur l'utilisation des nanotechnologies pour améliorer l'efficacité des processus d'adsorption : nanotechnologies pour la rémédiation environnementale
