Des scientifiques de l'Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapour), en collaboration avec l'ETH Zurich, Suisse (ETHZ), ont créé une membrane fabriquée à partir d'un sous-produit de déchets de la fabrication d'huile végétale qui peut filtrer les métaux lourds de l'eau contaminée.

L'équipe de recherche, dirigée par le professeur Ali Miserez de l'École des sciences et de l'ingénierie des matériaux et de l'École des sciences biologiques et le professeur invité NTU Raffaele Mezzenga du Département des sciences et technologies de la santé de l'ETHZ, a découvert que les protéines dérivées des sous-produits de la production d'huile d'arachide ou de tournesol peut attirer très efficacement les ions de métaux lourds.

Lors de tests, ils ont montré que ce processus d'attraction, appelé adsorption, était capable de purifier l'eau contaminée à un degré conforme aux normes internationales de consommation.

La membrane des chercheurs a le potentiel d'être une méthode bon marché, à faible consommation d'énergie, durable et évolutive pour décontaminer les métaux lourds de l'eau.

Le professeur Miserez a déclaré :« La pollution de l'eau reste un problème mondial majeur dans de nombreuses régions du monde. Les métaux lourds représentent un grand groupe de polluants de l'eau qui peuvent s'accumuler dans le corps humain, provoquant des cancers et des maladies mutagènes. Les technologies actuelles pour les éliminer sont énergétiques. -intensives, nécessitant de l'énergie pour fonctionner, ou sont très sélectives dans ce qu'elles filtrent."

"Nos membranes à base de protéines sont créées grâce à un processus vert et durable, et ne nécessitent que peu ou pas d'énergie pour fonctionner, ce qui les rend viables pour une utilisation dans le monde entier et en particulier dans les pays moins développés. Notre travail place le métal lourd là où il appartient - comme un genre musical et non un polluant dans l'eau potable », a déclaré le professeur Miserez.

Les résultats des recherches de l'équipe ont été publiés dans le Chemical Engineering Journal en avril. Leur objectif de recherche pour assurer la sécurité de l'eau est aligné sur le plan stratégique NTU 2025 et l'objectif de l'université d'atténuer l'impact de l'humanité sur l'environnement.

Transformer les tourteaux d'oléagineux végétaux en filtres à eau

La production d'huiles végétales ménagères commerciales génère des sous-produits de déchets appelés tourteaux d'oléagineux. Ce sont les restes riches en protéines qui restent après l'extraction de l'huile de la plante brute.

L'équipe de recherche dirigée par NTU a utilisé les farines d'oléagineux de deux huiles végétales courantes, les huiles de tournesol et d'arachide. Après avoir extrait les protéines des tourteaux d'oléagineux, l'équipe les a transformées en fibrilles amyloïdes protéiques de taille nanométrique, qui sont des structures en forme de corde constituées de protéines étroitement enroulées. Ces fibrilles de protéines sont attirées par les métaux lourds et agissent comme un tamis moléculaire, piégeant les ions de métaux lourds lors de leur passage.

Un kilogramme de farine d'oléagineux produit environ 160 g de protéines.

Le premier auteur de l'article, NTU Ph.D. M. Soon Wei Long, étudiant, a déclaré :« Les farines de tournesol et d'arachide riches en protéines sont des matières premières à faible coût, à partir desquelles les protéines peuvent être extraites, isolées et auto-assemblées en fibrilles amyloïdes fonctionnelles pour l'élimination des métaux lourds. C'est la première fois que des fibrilles amyloïdes ont été obtenues à partir de protéines de tournesol et d'arachide."

Les chercheurs ont combiné les fibrilles amyloïdes extraites avec du charbon actif, un matériau de filtration couramment utilisé, pour former une membrane hybride. Ils ont testé leurs membranes sur trois polluants de métaux lourds courants :le platine, le chrome et le plomb.

Au fur et à mesure que l'eau contaminée traverse la membrane, les ions de métaux lourds se collent à la surface des fibrilles amyloïdes, un processus appelé adsorption. Le rapport surface/volume élevé des fibrilles amyloïdes les rend efficaces pour adsorber une grande quantité de métaux lourds.

L'équipe a découvert que leurs membranes filtraient jusqu'à 99,89 % des métaux lourds. Parmi les trois métaux testés, le filtre était le plus efficace pour le plomb et le platine, suivis du chrome.

« Le filtre peut être utilisé pour filtrer toutes sortes de métaux lourds, ainsi que des polluants organiques comme les PFAS (substances perfluoroalkyles et polyfluoroalkyles), qui sont des produits chimiques qui ont été utilisés dans une large gamme de produits de consommation et industriels », a déclaré le professeur Miserez. "Les fibrilles amyloïdes contiennent des liaisons d'acides aminés qui piègent et prennent en sandwich les particules de métaux lourds entre elles tout en laissant passer l'eau."

Les chercheurs affirment que la concentration de métaux lourds dans l'eau contaminée déterminera le volume d'eau que la membrane peut filtrer. Une membrane hybride à base d'amyloïdes de protéines de tournesol ne nécessitera que 16 kg de protéines pour filtrer le volume équivalent d'une piscine olympique contaminée par 400 parties par milliard (ppb) de plomb dans l'eau potable.

"Le processus est facilement évolutif en raison de sa simplicité et de l'utilisation minimale de réactifs chimiques, pointant vers des technologies de traitement de l'eau durables et à faible coût", a déclaré M. Soon. "Cela nous permet de retraiter les flux de déchets pour d'autres applications et d'exploiter pleinement différents déchets alimentaires industriels dans des technologies bénéfiques.

Les métaux piégés peuvent également être extraits et recyclés. Après filtration, la membrane utilisée pour piéger les métaux peut simplement être brûlée, laissant derrière elle les métaux.

"Alors que les métaux comme le plomb ou le mercure sont toxiques et peuvent être éliminés en toute sécurité, d'autres métaux, comme le platine, ont des applications précieuses dans la création d'appareils électroniques et d'autres équipements sensibles", a déclaré le professeur Miserez.

« La récupération du précieux platine, qui coûte 33 000 dollars US/kg, ne nécessite que 32 kg de protéines, tandis que la récupération de l'or, qui vaut près de 60 000 dollars US/kg, ne nécessite que 16 kg de protéines. Considérant que ces protéines sont obtenues à partir de déchets industriels qui sont d'une valeur inférieure à 1 USD/kg, les avantages en termes de coûts sont importants."

Filtration durable à faible consommation d'énergie

Le co-auteur de l'article, le professeur Raffaele Mezzenga, avait déjà découvert en 2016 que les protéines de lactosérum dérivées du lait de vache avaient des propriétés similaires d'attraction des métaux.

Les chercheurs se sont rendus compte que les protéines des tourteaux d'oléagineux végétaux pouvaient aussi avoir des propriétés similaires. Leurs expériences ont montré que ces protéines étaient non seulement aussi efficaces, mais aussi moins chères et plus durables car elles utilisaient des déchets qui seraient autrement jetés ou utilisés comme nourriture pour les aliments pour animaux.

Un autre gros avantage, selon les chercheurs, est que cette filtration ne nécessite que peu ou pas d'énergie, contrairement à d'autres méthodes comme l'osmose inverse qui nécessitent de l'électricité.

"Avec notre membrane, la gravité fait la plupart ou la totalité du travail", a déclaré le professeur Mezzenga. "Cette méthode de filtration à faible consommation d'énergie peut être très utile dans les zones où l'accès à l'électricité et à l'électricité peut être limité." + Explorer plus loin

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