Eau et recherche : un nouveau filtre « accordable » contre les polluants chimiques

Une équipe de chercheurs de l’Institut des Sciences Intégrées pour les matériaux cellulaires (Université de Kyoto), du Département de science et d’ingénierie macromoléculaire (Institut de technologie de Kyoto), au Japon, et du Département de génie chimique et biomoléculaire (Université de Notre-Dame), aux États-Unis, a récemment publié dans la revue Communications Materials, appartenant aux Nature Research Journals, les résultats d’une recherche dans le domaine de la filtration de l’eau. Il s’agit d’une nouvelle méthode pour filtrer les «produits pharmaceutiques et de soins personnels» (PPCP, selon l’acronyme anglais) présents dans les eaux usées à de très faibles concentrations, qui échappent aux méthodes de filtration existantes ou ne sont même pas détectées.

La dissolution de ces PPCP dans l’eau constitue une forme de pollution dont nous ne connaissons pas encore les conséquences, et que, par mesure de précaution, il est sans doute souhaitable d’éliminer. À cet égard, jusqu’à présent, les recherches proposaient l’utilisation de matériaux microporeux pour l’adsorption de ces produits chimiques—l’adsorption, contrairement à l’absorption, se produit à l’échelle moléculaire. Cependant, comme l’indique l’étude, ce type de matériau «démontre son efficacité à une concentration plus élevée que celle observée dans l’eau environnementale réelle, en raison de l’absence de méthodes de détection efficaces [pour les concentrations inférieures]», et ce, sans l’interférence d’autres composants inévitablement présents dans l’eau dans des conditions réelles. C’est précisément pour cette raison que les chercheurs ont développé une «membrane à réseau poreux» (PNM en anglais) capable d’éliminer et de détecter simultanément les PPCP «à des niveaux de traces», c’est-à-dire à de très faibles concentrations.

Les PNM sont conçues grâce à l’interconnexion d’adsorbants au sein de matrices polymériques, construites à partir de polyèdres organométalliques (ou composés dans lesquels les atomes de carbone forment des liaisons covalentes avec un atome métallique), résultant en des «réseaux poreux continus et ajustables» en fonction des molécules de PPCP. Les tests effectués par les chercheurs, avec des échantillons d’eau contenant 13 contaminants, ont démontré la capacité des membranes à adsorber sélectivement les PPCP et ainsi à assurer leur «élimination, puis à les libérer dans la solution d’analyse pour leur détection».

L’étude affirme que les membranes à réseau poreux comportent deux composants ou «phases continues interconnectées» : la matrice polymérique organométallique, qui confère une stabilité mécanique, et la partie poreuse créée par l’interconnexion de «remplissages adsorbants microporeux», dont le design permet d’ajuster la «sélectivité moléculaire» pour capturer efficacement les molécules ciblées.

En conclusion, selon l’étude, les PNM «surpassent tous les autres systèmes de contrôle et montrent une capacité d’adsorption améliorée ainsi qu’une sélectivité ajustable envers des médicaments spécifiques». Dans les déclarations du directeur du projet, Shuhei Furukawa, de l’Institut des Sciences Intégrées pour les matériaux cellulaires de l’Université de Kyoto, «nous avons développé de nouveaux matériaux de membrane qui peuvent simultanément détecter et éliminer les polluants à des niveaux de traces». Jusqu’à présent, le traitement de l’eau était généralement réalisé en deux étapes : une pour la détection et une autre pour l’élimination. On voit donc l’avantage et le potentiel d’application de ce nouveau matériau dans les processus de purification.