20.06.2022 - University of Southern California

En route vers le platine : Un catalyseur non toxique pour une eau propre et réutilisable

Nouveau traitement des aldéhydes nocifs dans les eaux usées

Le platine a établi un nouveau "standard d'or" en joaillerie, et il est maintenant sur le point d'améliorer la qualité de votre eau.

Alors que le traitement des eaux usées en vue de leur réutilisation comme eau potable devient une option de plus en plus viable et populaire pour faire face aux pénuries d'eau, la question des sous-produits nocifs susceptibles de se former lors du traitement et de la manière de les traiter se pose avec acuité. Un groupe de ces produits chimiques, les aldéhydes, est connu pour persister obstinément pendant le traitement. Toxiques pour l'homme, les aldéhydes figureront en tête de liste des sous-produits réglementés dans les prochaines réglementations sur la réutilisation, estiment les chercheurs de l'USC, et nécessiteront une méthodologie durable pour être éliminés de notre eau potable.

Dans une étude publiée dans la revue Environmental Science & Technology, des chercheurs de l'USC Viterbi School of Engineering ont introduit le platine pour aider à nettoyer les toxines les plus tenaces des eaux usées. Le platine, le même métal que celui utilisé dans les convertisseurs catalytiques pour éliminer les polluants atmosphériques des gaz d'échappement des voitures, peut servir de catalyseur, a déclaré Dan McCurry, professeur adjoint en génie civil et environnemental, accélérant l'oxydation pour transformer les aldéhydes autrefois toxiques en acides carboxyliques inoffensifs.

Lorsque les eaux usées sont recyclées, explique Dan McCurry, l'eau obtenue est "très pure, mais pas à 100 %. Il reste une infime quantité de carbone organique détectable et ces atomes de carbone peuvent être attachés à des molécules très toxiques ou totalement innocentes." Selon lui, cela laisse les gens perplexes depuis des années, notamment parce que le carbone est capable de passer à travers de nombreuses couches et barrières de traitement.

Une étude menée par David Sedlak, chercheur à l'UC Berkeley, a révélé qu'"un tiers à la moitié" de ces molécules sont présentes sous forme d'aldéhydes, a indiqué M. McCurry. Les aldéhydes sont des composés chimiques caractérisés par un atome de carbone qui partage une double liaison avec un atome d'oxygène, une liaison simple avec un atome d'hydrogène et une liaison simple avec un autre atome ou groupe d'atomes. Ils sont également généralement toxiques pour l'homme, ce qui signifie que leur consommation à long terme peut entraîner diverses maladies chroniques et mortelles telles que le cancer.

L'oxydation catalytique des polluants organiques dans l'eau, sans électrochimie, addition de produits chimiques oxydants accepteurs d'électrons ou photochimie, n'a pas été démontrée de manière durable à ce jour, a déclaré M. McCurry. Jusqu'à présent.

Une solution pour un problème à venir

M. McCurry se souvient avoir appris l'existence des oxydants utilisés pour la synthèse des molécules dans un cours de chimie organique qu'il a suivi alors qu'il était étudiant diplômé à l'université de Stanford. "L'assistant du professeur parcourait une liste d'oxydants utilisés par les chimistes de synthèse et les catalyseurs en platine ont attiré mon attention. Non seulement c'est l'un des rares oxydants qui n'est pas toxique, mais il peut utiliser l'oxygène de l'eau pour catalyser une réaction de manière abiotique (sans l'utilisation de microbes)."

"C'était vraiment passionnant pour moi", a déclaré McCurry, "parce qu'il a toujours été frustrant dans le traitement de l'eau que l'eau soit pleine d'oxygène, mais qu'il ne fasse pas vraiment quelque chose."

Il y a environ huit milligrammes par litre d'oxygène dissous dans l'eau, a expliqué M. McCurry. Bien qu'il s'agisse d'un oxydant puissant d'un point de vue thermodynamique, la réaction est lente. Avec le platine, le processus s'accélère. Pendant un certain temps, M. McCurry et son équipe de chercheurs ont utilisé le platine pour oxyder différents produits pharmaceutiques à titre expérimental.

"Nous savions que nous pouvions oxyder certaines choses, mais nous n'avions pas d'application précise en tête pour ce catalyseur", a déclaré M. McCurry. En fin de compte, leur espoir était de trouver une application importante pour leur travail. Finalement, après une année d'expérimentation, l'idée lui est venue alors qu'il rentrait à vélo du campus de Stanford. "Et si nous pouvions utiliser le platine dans le traitement de l'eau pour oxyder les contaminants ?" a-t-il déclaré. "Cela se produirait essentiellement gratuitement, et comme l'oxygène est déjà présent dans l'eau, c'est ce qui se rapproche le plus d'une oxydation sans produit chimique."

McCurry reconnaît que le platine est cher, mais note également que le coût, comme pour le convertisseur catalytique d'une voiture, est relatif. "Votre voiture contient probablement entre un et dix grammes de platine. La quantité n'est pas négligeable. Si c'est assez bon marché pour une Honda Civic, c'est probablement assez bon marché pour une station d'épuration", a déclaré M. McCurry.

Selon M. McCurry, cette avancée n'est pas aussi pertinente pour la plupart des usines de réutilisation de l'eau existantes, car beaucoup d'entre elles favorisent la "réutilisation indirecte de l'eau potable". En effet, une fois tous les processus de traitement et de recyclage de l'eau terminés, l'eau est pompée dans le sol, ce qui revient à créer de nouvelles nappes phréatiques. "Une fois qu'ils sont dans le sol, il est probable qu'un microbe mangera les aldéhydes et que l'eau sera nettoyée de cette façon", a-t-il déclaré.

"Mais de plus en plus de gens parlent de la réutilisation directe de l'eau potable", a-t-il ajouté, "où nous parlons d'un circuit d'eau fermé où l'eau va de la station d'épuration à l'usine de réutilisation, puis soit à une usine d'eau potable, soit directement dans le système de distribution dans les maisons et les entreprises."

Dans ces cas, les aldéhydes peuvent potentiellement atteindre les consommateurs, a déclaré M. McCurry. Bien qu'ils ne soient actuellement pas réglementés, M. McCurry soupçonne que la présence d'aldéhydes dans les eaux usées recyclées attirera bientôt l'attention des autorités réglementaires. "C'est le problème pour lequel nous n'avions pas réalisé que nous avions une solution, mais maintenant nous savons que ce catalyseur, que nous avions utilisé pour oxyder des produits pharmaceutiques aléatoires pour le plaisir, fonctionne très bien pour oxyder les aldéhydes - et permettrait à l'eau de réutilisation directement potable de répondre aux futures directives réglementaires et normes de sécurité", a-t-il déclaré.

L'équipe a réalisé une expérience préliminaire en utilisant le platine dans des réacteurs discontinus sur quelques gallons d'eau. Les expériences ont été couronnées de succès, mais selon M. McCurry, pour que ce procédé puisse être utilisé à un niveau de production de masse, des recherches supplémentaires doivent être menées sur la durée pendant laquelle le catalyseur reste actif. L'équipe étudie également la possibilité de régénérer le catalyseur. Selon M. McCurry, il sera également important de tester le système avec de l'eau plus sale, qui peut encrasser le catalyseur et le rendre moins efficace.

Le processus, pour lequel l'équipe a déposé un brevet, sera plus durable que les autres méthodes qui pourraient nécessiter l'introduction de produits chimiques et d'énergie supplémentaires, a déclaré M. McCurry.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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