22.08.2022 - University of California - Los Angeles (UCLA)

Une méthode simple permet de détruire les produits chimiques dangereux "à vie" et de rendre l'eau potable.

En utilisant des réactifs courants dans de l'eau chauffée, les chimistes peuvent "décapiter" et décomposer les PFAS, ne laissant que des composés inoffensifs.

Si vous êtes désespéré par les récents rapports selon lesquels les sources d'eau de la Terre ont été complètement infestées de produits chimiques dangereux fabriqués par l'homme, appelés PFAS, qui peuvent durer des milliers d'années, rendant même l'eau de pluie impropre à la consommation, il y a une bonne nouvelle.

Des chimistes de l'UCLA et de la Northwestern University ont mis au point un moyen simple de décomposer près d'une douzaine de types de ces "produits chimiques éternels" quasiment indestructibles à des températures relativement basses et sans sous-produits nocifs.

Dans un article publié dans la revue Science, les chercheurs montrent que dans de l'eau chauffée à seulement 176 à 248 degrés Fahrenheit, des solvants et des réactifs courants et peu coûteux ont rompu les liaisons moléculaires des PFAS qui sont parmi les plus fortes connues et ont déclenché une réaction chimique qui "grignote progressivement la molécule" jusqu'à ce qu'elle disparaisse, a déclaré Kendall Houk, professeur de recherche distingué à l'UCLA et coauteur de l'article.

La simplicité de la technologie, les températures relativement basses et l'absence de sous-produits nocifs signifient qu'il n'y a pas de limite à la quantité d'eau pouvant être traitée en une seule fois, a ajouté Houk. À terme, cette technologie pourrait permettre aux stations de traitement de l'eau d'éliminer plus facilement les PFAS de l'eau potable.

Les substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS en abrégé) constituent une catégorie d'environ 12 000 produits chimiques synthétiques utilisés depuis les années 1940 dans les ustensiles de cuisine antiadhésifs, le maquillage imperméable, les shampooings, l'électronique, les emballages alimentaires et d'innombrables autres produits. Ils contiennent une liaison entre les atomes de carbone et de fluor que rien dans la nature ne peut briser.

Lorsque ces produits chimiques s'infiltrent dans l'environnement par le biais de la fabrication ou de l'utilisation quotidienne de produits, ils font partie du cycle de l'eau de la Terre. Au cours des 70 dernières années, les PFAS ont contaminé pratiquement chaque goutte d'eau sur la planète, et leur forte liaison carbone-fluor leur permet de traverser la plupart des systèmes de traitement de l'eau complètement indemnes. Ils peuvent s'accumuler dans les tissus des personnes et des animaux au fil du temps et causer des dommages que les scientifiques commencent à peine à comprendre. Certains cancers et maladies de la thyroïde, par exemple, sont associés aux PFAS.

Pour ces raisons, il est devenu particulièrement urgent de trouver des moyens d'éliminer les SPF de l'eau. Les scientifiques expérimentent de nombreuses technologies d'assainissement, mais la plupart d'entre elles nécessitent des températures extrêmement élevées, des produits chimiques spéciaux ou des rayons ultraviolets et produisent parfois des sous-produits qui sont également nocifs et dont l'élimination nécessite des étapes supplémentaires.

Mener les PFAS à la guillotine

William Dichtel, professeur de chimie à Northwestern, et Brittany Trang, étudiante en doctorat, ont remarqué que si les molécules de PFAS contiennent une longue "queue" de liaisons carbone-fluor têtues, leur groupe de "tête" contient souvent des atomes d'oxygène chargés, qui réagissent fortement avec d'autres molécules. L'équipe de Dichtel a construit une guillotine chimique en chauffant les PFAS dans de l'eau avec du diméthylsulfoxyde, également connu sous le nom de DMSO, et de l'hydroxyde de sodium, ou soude, ce qui a permis de couper la tête et de laisser une queue exposée et réactive.

"Cela a déclenché toutes ces réactions, et il a commencé à cracher les atomes de fluor de ces composés pour former du fluorure, qui est la forme la plus sûre du fluor", a déclaré Dichtel. "Bien que les liaisons carbone-fluor soient super solides, ce groupe de tête chargé est le talon d'Achille".

Mais les expériences ont révélé une autre surprise : Les molécules ne semblaient pas se désagréger comme la sagesse conventionnelle l'aurait voulu.

Pour résoudre ce mystère, Dichtel et Trang ont partagé leurs données avec leurs collaborateurs Houk et Yuli Li, étudiant à l'université de Tianjin, qui travaillait dans le groupe de Houk à distance depuis la Chine pendant la pandémie. Les chercheurs s'attendaient à ce que les molécules de PFAS se désintègrent un atome de carbone à la fois, mais Li et Houk ont effectué des simulations informatiques qui ont montré que deux ou trois molécules de carbone se détachaient simultanément des molécules, tout comme Dichtel et Tang l'avaient observé expérimentalement.

Les simulations ont également montré que les seuls sous-produits devraient être le fluorure - souvent ajouté à l'eau potable pour prévenir la carie dentaire - le dioxyde de carbone et l'acide formique, qui n'est pas nocif. Dichtel et Trang ont confirmé ces sous-produits prédits lors d'autres expériences.

"Cela s'est avéré être une série de calculs très complexes qui ont mis au défi les méthodes de mécanique quantique les plus modernes et les ordinateurs les plus rapides dont nous disposons", a déclaré Houk. "La mécanique quantique est la méthode mathématique qui simule toute la chimie, mais ce n'est qu'au cours de la dernière décennie que nous avons été en mesure de nous attaquer à de grands problèmes mécanistes comme celui-ci, en évaluant toutes les possibilités et en déterminant laquelle peut se produire au rythme observé."

Selon M. Houk, M. Li maîtrise ces méthodes de calcul, et il a travaillé à distance avec M. Trang pour résoudre ce problème fondamental mais important sur le plan pratique.

Les travaux actuels ont permis de dégrader 10 types d'acides perfluoroalkyl carboxyliques (PFCA) et d'acides perfluoroalkyl éther carboxyliques (PFECA), dont l'acide perfluorooctanoïque (PFOA). Les chercheurs pensent que leur méthode fonctionnera pour la plupart des PFAS qui contiennent des acides carboxyliques et espèrent qu'elle permettra d'identifier les points faibles d'autres classes de PFAS. Ils espèrent que ces résultats encourageants conduiront à d'autres recherches visant à tester des méthodes d'éradication des milliers d'autres types de PFAS.

  • Brittany Trang et al.; Low-temperature mineralization of perfluorocarboxylic acids; Science; 2022

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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