Des chimistes ont inventé des membranes polymères composites capables de décomposer des déchets organiques sous l’action de la lumière. Selon eux, ce procédé permettra de créer des moyens bon marché et efficaces pour traiter les eaux usées.
Cet article, de Nadejda Alexeïeva et d’Ekatérina Kiïko, a été initialement publié par RT en langue russe sous le titre «Catalyseurs bon marché et écologiques : des chercheurs russes créent des polymères intelligents pour purifier l’eau».
Des chercheurs de l’Université d’État du Daghestan et de l’Institut de physique du Centre d’études fédéral du Daghestan auprès de l’Académie des sciences de Russie, ont élaboré avec le concours de leurs collègues tchèques des membranes polymères dont l’action est déclenchée par la lumière ou par une action mécanique afin de purifier l’eau de polluants chimiques. Cette technologie élaborée avec le concours du Fonds scientifique russe permettra de créer des catalyseurs bon marché et écologiques pour le traitement des eaux usées, a annoncé le service de presse de l’organisation qui l’a fait savoir à RT. Les résultats des recherches ont été publiés dans la revue Polymers.
Comme l’indiquent les auteurs de l’étude, une part importante des déchets industriels est constituée de substances organiques dangereuses pour l’environnement, telles que les colorants, les antibiotiques et les pesticides. Le traitement de l’eau contre ces impuretés peut se faire au moyen de photocatalyseurs, c’est-à-dire de composés qui accélèrent la décomposition de matières organiques sous l’action de la lumière. Cette méthode a cependant un défaut de taille : une fois immergées, ce sont les particules du photocatalyseur qui deviennent polluantes.
Une solution possible est d’utiliser les photocatalyseurs sous forme de membranes polymères à base de polyfluorure de vinylidène, ou PVDF, plutôt que des composés solubles dans l’eau. Le PVDF lui-même sert d’agent de remplissage, inerte et atoxique. En y ajoutant des nanoparticules actives, on obtient au final un matériau composite ayant des caractéristiques photocatalytiques.
Près de 90% des déchets organiques, dissous dans l’eau, décomposés en une heure
Les chercheurs n’ont pas ajouté de nanoparticules au PVDF. Au lieu de cela, ils l’ont combiné en solution avec du nitrate de calcium hydraté. Pour obtenir une membrane polymère, la solution a ensuite été soumise à une procédure d’électrofilage : elle a été projetée à travers un pulvériseur ultrafin en appliquant une tension électrique de manière à obtenir un réseau de filaments polymères remplis de molécules de sel hydraté. Comme l’a démontré une analyse chimique, de nombreuses liaisons hydrogène s’étaient formées entre les molécules de sel et le PVDF. Selon les chercheurs, cela a encore amélioré les capacités photocatalytiques de la matière obtenue.
Les chimistes ont testé un catalyseur polymère à base d’un colorant organique, le bleu de méthylène, qui est largement utilisé comme un antiseptique sanitaire. Les essais ont montré que le nouveau photocatalyseur décompose avec succès les substances organiques sous l’effet de la lumière naturelle, mais aussi sous les rayonnements ultraviolets. Sous lumière naturelle, 44 % du colorant s’est décomposé en une heure, tandis que sous rayonnement ultraviolet le chiffre atteint 89 %. Mieux encore, sous pression ultrasonore, la réaction de décomposition du colorant s’est accélérée et sa vitesse a plus que doublé.
«Notre travail ouvre des perspectives pour mettre au point des catalyseurs polymères composites, intelligents, écologiques et bon marché qui pourront être utilisés pour traiter les eaux usées. Un des avantages de la matière que nous avons obtenue est que celle-ci permet de contrôler l’activité du catalyseur et la vitesse de la réaction, car le polymère que nous proposons peut être déclenché à l’aide d’une action mécanique extérieure telle que la pression manuelle ou la pression ultrasonore», a précisé à RT Farid Oroudjev, chef du projet, Docteur ès sciences en Chimie et Chef du laboratoire Smart Materials au sein de l’Université d’État du Daghestan.
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