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15.03.18 - Des chimistes de l’EPFL ont développé un nouveau matériau capable d’éliminer les métaux lourds dans l’eau et de la rendre potable en l’espace de quelques secondes. L’étude est publiée dans ACS Central Science.

Selon l’Organisation Mondiale de la Santé, près d’un milliard de personnes n’ont pas accès à de l’eau potable propre et, avec le changement climatique, la tendance ne va pas s’inverser. En même temps, nos besoins énergétiques sans cesse en augmentation et l’emploi de métaux lourds dans les processus industriels ont maximisé notre exposition à des matériaux toxiques présents dans l’eau. 

Les méthodes commerciales courantes pour éliminer les métaux lourds, comme le plomb, de notre eau potable municipale sont souvent coûteuses et énergivores, sans même être suffisamment efficaces. Des approches moins conventionnelles le sont peut-être plus, mais restent à usage unique, sont difficiles à régénérer, ou génèrent elles aussi des déchets toxiques.

Or, le laboratoire du Professeur Wendy Lee Queen à l’EPFL avec des collègues de l’Université de Californie à Berkeley et du Lawrence Berkeley National Laboratory ont trouvé une solution en faisant appel à des charpentes métallo-organiques (MOF) – des matériaux constitués de nœuds métalliques interconnectés par des « entretoises ». Offrant une surface interne inégalée et un ajustement chimique aisé, les MOF peuvent « soustraire » la vapeur d’eau – comme d’autres gaz –de l’air. De telles caractéristiques font de ces MOF des matériaux prometteurs pour ôter de manière sélective des métaux lourds présents dans l’eau.

Un doctorant de l’EPFL-Valais, Daniel T. Sun, a conçu un composite MOF/polymère stable dans l’eau, en faisant recours à des matériaux peu coûteux, respectueux de l’environnement et biologiquement inoffensifs. Les chercheurs ont traité un MOF, connu sous le nom de Fe-BTC, avec de la dopamine, qui s’est polymérisée en polydopamine (PDA), coinçant ainsi le polymère dans le MOF. Le composite final, nommé Fe-BTC/PDA, peut rapidement et sélectivement éliminer les quantités élevées de métaux lourds dans des échantillons d’eau réelle, comme le plomb et le mercure. Il peut, en fait, ôter plus de 1.6 fois son propre poids de mercure et 0.4 fois son poids de plomb.

Illustration de Fe-BTC (crédit: ACS Central Science)

Le Fe-BTC/PDA a alors été testé dans des solutions aussi toxiques que les pires échantillons d’eau trouvés à Flint, au Michigan. Les tests ont montré que le MOF peut, en l’espace de quelques secondes seulement, ramener les concentrations de plomb à 2 parties par milliard – un niveau que l’Agence américaine pour la protection de l’environnement et l’Organisation mondiale de la Santé jugent acceptable. 

Les scientifiques ont aussi ôté le plomb de divers échantillons d’eau réelle provenant du Rhône, de la Méditerranée et d’une usine de traitement des eaux usées en Suisse. Ils ont aussi montré que le matériau est aisément régénéré.

Les sources d’exposition à des métaux lourds toxiques sont multiples. On trouve, par exemple, du plomb dans la peinture, les émaux céramiques, la bijouterie, les jouets et les anciennes conduites. Au vu des contraintes actuelles des systèmes de nettoyage de l’eau, l’approche des nouveaux MOF est donc prometteuse. Les auteurs de cette étude testent actuellement d’autres MOF spécialement conçus pour éliminer d’autres types de contaminants à l’état de trace dans l’eau et dans l’air.

Références

Daniel T. Sun, Li Peng, Washington S. Reeder, Seyed Mohamad Moosavi, Davide Tiana, David K. Britt, Emad Oveisi, Wendy L. Queen. Rapid, selective heavy metal removal from water by a metal-organic framework/polydopamine composite. ACS Central Science 14 March 2018. DOI: 10.1021/acscentsci.7b00605

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