Les micropolluants contaminent l'eau dans le monde entier. Parmi eux se trouvent les hormones stéroïdes qui ne peuvent pas être éliminées efficacement par les procédés conventionnels. Des chercheurs du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ont maintenant développé un système de filtration innovant qui combine une membrane polymère avec du charbon actif. Comme la taille des particules de carbone est très petite, il est possible d'atteindre la valeur de référence de 1 nanogramme d'œstradiol - l'œstrogène physiologiquement le plus efficace - par litre d'eau potable proposée par la Commission européenne. La méthode améliorée est rapportée dans Recherche sur l'eau .

Fournir aux gens de l'eau potable est l'un des plus grands défis du 21e siècle dans le monde. Souvent, l'eau potable est contaminée par des micropolluants. Parmi eux se trouvent les hormones stéroïdes qui sont utilisées comme substances médicales et contraceptifs. Leur concentration dans un litre d'eau, dans laquelle les eaux usées traitées sont introduites, peut être de quelques nanogrammes seulement, mais cette petite quantité peut déjà nuire à la santé humaine et affecter l'environnement. En raison de la faible concentration et de la petite taille des molécules, les hormones stéroïdes sont non seulement difficiles à détecter, mais aussi difficile à enlever. Les technologies conventionnelles de traitement des eaux usées ne suffisent pas.

Professeur Andrea Iris Schäfer, La directrice de l'Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) du KIT et son équipe ont maintenant développé une méthode innovante pour l'élimination rapide et économe en énergie des hormones stéroïdes des eaux usées. Leur technologie combine une membrane polymère avec du charbon actif. "D'abord, l'eau est pressée à travers une membrane semi-perméable qui élimine les plus grosses impuretés et les micro-organismes, " explique Schäfer. " Ensuite, l'eau s'écoule à travers la couche de particules de carbone derrière, qui lient les molécules d'hormones."

A l'IAMT, les chercheurs ont développé et amélioré ce processus en collaboration avec le fabricant de filtres Blücher GmbH, Erkrath. Collègues de l'Institute of Functional Interfaces (IFG) du KIT, Institut des Matériaux Appliqués (IAM), et la Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMF) a soutenu ce développement ultérieur en caractérisant le matériau. C'est ce que rapportent les scientifiques de Recherche sur l'eau . "Notre technologie permet d'atteindre la valeur de référence de 1 nanogramme d'estradiol par litre d'eau potable proposée par la Commission européenne, " dit le professeur de génie des procédés de l'eau.

La taille des particules et la concentration en oxygène sont importantes

Les scientifiques ont étudié plus en détail les processus dans la couche de charbon actif et utilisé des particules de charbon modifié (charbon actif sphérique à base de polymère—PBSAC). « Tout dépend du diamètre des particules de carbone, " explique Matteo Tagliavini de l'IAMT. Il est le premier auteur de la publication. " Plus le diamètre des particules est petit, plus la surface externe de la couche de charbon actif disponible pour l'adsorption des molécules d'hormones est grande."

Dans une couche de charbon actif de 2 mm d'épaisseur, les chercheurs ont réduit le diamètre des particules de 640 à 80 µm et ont réussi à éliminer 96 % de l'estradiol contenu dans l'eau. En augmentant la concentration d'oxygène dans le charbon actif, la cinétique d'adsorption a été encore améliorée et une efficacité de séparation de l'estradiol de plus de 99 % a été atteinte.

"La méthode permet un débit d'eau élevé à basse pression, est économe en énergie, et sépare de nombreuses molécules sans produire de sous-produits nocifs. Il peut être utilisé de manière flexible dans des systèmes de taille variable, du robinet aux installations industrielles, " dit Schäfer.