Les micropolluants tels que les hormones stéroïdes contaminent l’eau potable dans le monde entier et constituent une menace importante pour la santé humaine et l’environnement, même en plus petites quantités. Jusqu’à présent, les technologies de traitement de l’eau facilement évolutives qui les éliminent de manière efficace et durable ont fait défaut. Les scientifiques de l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) ont mis au point un nouveau procédé chimique pour éliminer les hormones. Il tire parti des mécanismes de la photocatalyse et transforme les polluants en produits d’oxydation potentiellement sûrs. L’équipe en rend compte dans la revue scientifique Catalyse appliquée B: Environnement.
Les polluants organiques tels que les produits pharmaceutiques, les pesticides et les hormones – même à des concentrations nanométriques – contaminent l’eau potable d’une manière qui présente des risques importants pour les humains, les animaux et l’environnement. En particulier, les hormones stéroïdes estrone, estradiol, progestérone et testostérone peuvent causer des dommages biologiques chez l’homme et la faune. L’Union européenne a donc fixé des normes de qualité minimales strictes pour une eau potable sûre et propre, qui doivent également être prises en compte dans le développement de nouvelles technologies de traitement de l’eau. «Le défi pour la science est de développer des méthodes plus sensibles pour cibler les molécules hormonales», déclare le professeur Andrea Iris Schäfer, chef de l’Institut de technologie avancée des membranes (IAMT) au KIT. Le principal problème est que les hormones stéroïdes sont très difficiles à détecter dans l’eau. « Il y a une molécule d’hormone pour chaque quintillion de molécules d’eau. Il s’agit d’une concentration extrêmement faible », explique l’expert.
Détection – et élimination – des micropolluants
Avec les technologies conventionnelles de traitement des eaux, les stations d’épuration ne peuvent ni trouver ni éliminer les micropolluants. Les chercheurs de l’IAMT et du KIT Institute of Microstructure Technology (IMT) travaillent donc sur de nouvelles méthodes pour non seulement détecter et mesurer les micropolluants, mais aussi les éliminer. Un nouveau procédé photocatalytique s’avère prometteur. Les scientifiques ont enduit une membrane polymère à gros pores disponible dans le commerce de Pd (II) -porphyrine, une molécule sensible à la lumière contenant du palladium qui peut absorber le rayonnement visible. L’exposition au rayonnement avec la lumière solaire simulée déclenche un processus chimique qui produit ce que l’on appelle l’oxygène singulet, une espèce d’oxygène hautement réactive. L’oxygène singulet «attaque» spécifiquement les molécules d’hormones et les convertit en produits d’oxydation potentiellement sûrs. «Il est essentiel que nous enduisions la surface de chaque pore avec la molécule de photosensibilisateur, augmentant ainsi la surface d’attaque», explique Roman Lyubimenko, scientifique à l’IAMT et à l’IMT.
Réduction significative de la concentration d’estradiol
La décomposition chimique des hormones stéroïdes et la filtration d’autres micropolluants peuvent être réalisées en un seul module. Avec ce procédé, le filtrage de 60 à 600 litres d’eau par mètre carré de membrane est possible en une heure. Les scientifiques ont pu réduire de 98% la concentration d’estradiol, l’hormone stéroïde la plus biologiquement active, de 100 à 2 nanogrammes par litre. « Cela signifie que nous sommes déjà très proches de la valeur cible de l’UE d’un nanogramme par litre », souligne Schäfer. Le prochain objectif de l’équipe de recherche est d’optimiser davantage le processus photocatalytique et de le transférer à une plus grande échelle. Les problèmes en suspens sont de savoir quelle intensité lumineuse et quelle quantité de porphyrine seront nécessaires et si le palladium coûteux du groupe des métaux du platine peut être remplacé par d’autres métaux. (sur)
Publication originale:
Roman Lyubimenko, Oscar Ivan Gutierrez Cardenas, Andrey Turshatov, Bryce Sydney Richards et Andrea Iris Schäfer. Photodégradation de micropolluants d’hormones stéroïdes dans un réacteur à membrane à écoulement continu revêtu de Pd (II) -porphyrine. Catalyse appliquée B: Environnement, 2021. DOI: 10.1016 / j.apcatb.2021.120097
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La source:
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
