Les hormones stéroïdes font partie des micropolluants aquatiques les plus répandus. Ils sont nocifs pour la santé humaine et provoquent des déséquilibres écologiques dans les milieux aquatiques. À l'Institut technologique de Karlsruhe (KIT), des chercheurs ont étudié comment les hormones stéroïdes sont dégradées dans un réacteur électrochimique à membrane doté de membranes en nanotubes de carbone. Ils ont constaté que l’adsorption des hormones stéroïdes sur les nanotubes de carbone ne limitait pas la dégradation ultérieure des hormones. Un rapport sur leurs travaux a été publié dans Communications naturelles (DOI : 10.1038/s41467-024-52730-7).
Fournir de l’eau potable aux populations du monde entier est l’un des grands défis d’aujourd’hui et de demain. Divers micropolluants (substances organiques et inorganiques) sont présents en faibles concentrations dans les eaux usées mais peuvent néanmoins être nocifs pour l'homme et l'environnement. Des risques considérables sont posés par les substances perturbant le système endocrinien, telles que les hormones stéroïdes, qui peuvent affecter le système hormonal. Ces substances sont présentes dans les produits pharmaceutiques, les contraceptifs et d’autres produits. Bien que difficiles à détecter dans l’eau, ils peuvent nuire gravement à la santé humaine et perturber l’équilibre écologique des milieux aquatiques.
L'oxydation facilite la dégradation des micropolluants
Les hormones stéroïdes ne peuvent être ni détectées ni éliminées avec les méthodes conventionnelles de traitement de l’eau. L'oxydation électrochimique (EO) est de plus en plus reconnue comme une approche prometteuse pour leur élimination ; Les systèmes EO se composent d’une anode et d’une cathode connectées à une source d’alimentation externe. L'énergie électrique aux électrodes varie (modulé)conduisant à l'oxydation et à la dégradation des polluants à la surface de l'anode. L'EO peut être exploitée plus efficacement avec les réacteurs électrochimiques à membrane (EMR), dans lesquels une membrane conductrice sert d'électrode à circulation, améliorant le transfert de masse et rendant les sites actifs plus accessibles aux molécules en réaction.
Propriétés physiques et chimiques uniques des nanotubes de carbone
En collaboration avec des scientifiques de l'Université de Californie à Los Angeles et de l'Université hébraïque de Jérusalem, des chercheurs de l'Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) du KIT ont annoncé des progrès dans la compréhension des mécanismes mystérieux à l'œuvre dans le DME. Pour un article dans « Water Treatment and Harvesting », un numéro spécial de Communications naturellesils ont étudié la dégradation des micropolluants d'hormones stéroïdes dans un DME doté de membranes de nanotubes de carbone. Avec des diamètres de l’ordre du nanomètre, les nanotubes de carbone (CNT) possèdent des propriétés physiques et chimiques uniques.
Leur conductivité électrique élevée permet un transfert d’électrons efficace. Grâce à leur nanostructure, les NTC ont une surface spécifique extrêmement grande, ce qui leur confère un énorme potentiel d’adsorption de divers composés organiques. Cela facilite les réactions électrochimiques ultérieures. »
Andrea Iris Schäfer, professeur de génie des procédés de l'eau et responsable de l'IAMT au KIT
Dans leurs recherches, les scientifiques ont utilisé des méthodes analytiques de pointe pour étudier les interactions complexes de l'adsorption et de la désorption, des réactions électrochimiques et de la formation de sous-produits dans un DME. « Nous avons constaté que la pré-adsorption des hormones stéroïdes, c'est-à-dire leur enrichissement à la surface du CNT, ne limitait pas la dégradation ultérieure des hormones », a déclaré le Dr Siqi Liu, postdoctorant à l'IAMT. « Nous attribuons cela à une adsorption rapide et à un transfert de masse efficace. » L'approche analytique de l'étude facilite l'identification des facteurs limitant la dégradation des hormones dans diverses conditions. « Notre analyse explique certains des mécanismes sous-jacents aux réacteurs électrochimiques à membrane et fournit des informations précieuses pour l'amélioration des stratégies électrochimiques d'élimination des micropolluants de l'eau », a conclu Schäfer.
