Des chercheurs de l'Université Rice ont amélioré des particules de dioxyde de titane de la taille d'un micron pour piéger et détruire le BPA, un contaminant de l'eau ayant des répercussions sur la santé. Les molécules de cyclodextrine en surface piègent le BPA, qui est ensuite dégradé par les espèces réactives de l'oxygène (ROS) produites par les particules activées par la lumière. Crédit :Danning Zhang
Les scientifiques de l'Université Rice ont développé quelque chose qui s'apparente au piège à particules de Vénus pour l'assainissement de l'eau.
Des sphères de la taille d'un micron créées dans le laboratoire de l'ingénieur environnemental de Rice Pedro Alvarez sont conçues pour capturer et détruire le bisphénol A (BPA), un produit chimique synthétique utilisé pour fabriquer des plastiques.
La recherche est détaillée dans la revue American Chemical Society Sciences et technologies de l'environnement .
Le BPA est couramment utilisé pour enduire l'intérieur des boîtes de conserve, bouchons de bouteilles et conduites d'alimentation en eau, et était autrefois un composant des biberons. Alors que le BPA qui s'infiltre dans les aliments et les boissons est considéré comme sûr à faibles doses, une exposition prolongée est suspectée d'affecter la santé des enfants et de contribuer à l'hypertension artérielle.
La bonne nouvelle est que les espèces réactives de l'oxygène (ROS) - dans ce cas, radicaux hydroxyles – sont de mauvaises nouvelles pour le BPA. Le dioxyde de titane peu coûteux libère des ROS lorsqu'il est déclenché par la lumière ultraviolette. Mais parce que les molécules oxydantes s'estompent rapidement, Le BPA doit être suffisamment proche pour attaquer.
C'est là qu'intervient le piège.
Fermer, les sphères se révèlent comme des collections de pétales de dioxyde de titane ressemblant à des fleurs. Les pétales souples offrent une grande surface aux chercheurs de Rice pour ancrer les molécules de cyclodextrine.
« Pétales » d'une sphère de dioxyde de titane enrichie de cyclodextrine, vue au microscope électronique à balayage. Lorsqu'il est déclenché par la lumière ultraviolette, les sphères créées à l'Université Rice sont efficaces pour éliminer les contaminants du bisphénol A de l'eau. Crédit :Laboratoire Alvarez
La cyclodextrine est une molécule bénigne à base de sucre souvent utilisée dans les aliments et les médicaments. Il a une structure à deux faces, avec une cavité hydrophobe (qui évite l'eau) et une surface extérieure hydrophile (qui attire l'eau). Le BPA est également hydrophobe et naturellement attiré par la cavité. Une fois piégé, Les ROS produites par les sphères dégradent le BPA en produits chimiques inoffensifs.
Dans le laboratoire, les chercheurs ont déterminé que 200 milligrammes de sphères par litre d'eau contaminée dégradaient 90 pour cent du BPA en une heure, un processus qui prendrait plus de deux fois plus de temps avec du dioxyde de titane non amélioré.
Le travail s'intègre dans les technologies développées par le Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment basé sur Rice et soutenu par la National Science Foundation, car les sphères s'auto-assemblent à partir de nanofeuillets de dioxyde de titane.
« La plupart des processus rapportés dans la littérature impliquent des nanoparticules, ", a déclaré l'étudiant diplômé et auteur principal de Rice, Danning Zhang. "La taille des particules est inférieure à 100 nanomètres. En raison de leur très petite taille, ils sont très difficiles à récupérer après une suspension dans l'eau."
Les particules de riz sont beaucoup plus grosses. Où une particule de 100 nanomètres vaut 1, 000 fois plus petit qu'un cheveu humain, le dioxyde de titane renforcé est compris entre 3 et 5 microns, seulement environ 20 fois plus petit que les mêmes cheveux. "Cela signifie que nous pouvons utiliser la microfiltration à basse pression avec une membrane pour récupérer ces particules pour les réutiliser, " a déclaré Zhang. " Cela permet d'économiser beaucoup d'énergie. "
Danning Zhang, étudiant diplômé de Rice, qui a dirigé le développement d'une particule qui attire et dégrade les contaminants dans l'eau, vérifie un échantillon dans un laboratoire environnemental de Rice. Crédit :Jeff Fitlow
Parce que ROS use également la cyclodextrine, les sphères commencent à perdre leur capacité de piégeage après environ 400 heures d'exposition continue aux ultraviolets, dit Zhang. Mais une fois récupéré, ils peuvent être facilement rechargés.
« Ce nouveau matériau permet de surmonter deux barrières technologiques importantes pour le traitement photocatalytique de l'eau, " dit Alvarez. " D'abord, il améliore l'efficacité du traitement en minimisant le piégeage des ROS par les constituants non ciblés dans l'eau. Ici, les ROS sont principalement utilisés pour détruire le BPA.
"Seconde, il permet une séparation et une réutilisation à faible coût du catalyseur, contribuer à réduire les coûts de traitement, ", a-t-il déclaré. "Ceci est un exemple de la façon dont les matériaux avancés peuvent aider à convertir le battage médiatique universitaire en processus réalisables qui améliorent la sécurité de l'eau."
