Lorsque des métaux lourds toxiques comme le plomb et le cadmium s'échappent des usines ou des mines, ils peuvent polluer le sol voisin. Sans moyen facile d'éliminer ces contaminants, les champs doivent être bouclés pour empêcher ces toxines d'entrer dans la chaîne alimentaire où elles menacent la santé humaine et animale.

Selon l'Agence de protection de l'environnement, des métaux lourds ont été trouvés dans des milliers d'endroits dans tout le pays. Bien que certains aient été nettoyés grâce à une combinaison de mesures fédérales, efforts publics et privés, le besoin demeure de nouvelles technologies pour lutter contre la contamination par les métaux lourds.

Aujourd'hui, une équipe de recherche dirigée par le scientifique des matériaux de Stanford, Yi Cui, a inventé un moyen de laver les métaux lourds des sols contaminés à l'aide d'un processus chimique qui ressemble un peu à la préparation du café.

Comme ils le décrivent le 4 juin dans Communication Nature , les chercheurs ont commencé par rincer le sol contaminé avec un mélange d'eau et d'un produit chimique qui attire les métaux lourds. Lorsque ce mélange s'infiltre dans le sol, le produit chimique détache les métaux lourds. Les membres de l'équipe ont ensuite collecté cette infusion toxique et l'ont passée à travers un filtre électrochimique qui a capturé les métaux lourds hors de l'eau. De cette façon, ils ont nettoyé le sol des métaux lourds et recyclé le mélange d'eau et de produits chimiques pour s'infiltrer dans un sol plus contaminé.

"Il s'agit d'une nouvelle approche du nettoyage des sols, " dit Cui, qui est professeur de science et d'ingénierie des matériaux et de science des photons. « Notre prochaine étape est un test pilote pour nous assurer que ce qui fonctionne en laboratoire est pratique sur le terrain, et de déterminer combien coûtera ce processus."

Jusque là, son équipe a nettoyé des sols contaminés au plomb et au cadmium, deux toxines répandues et dangereuses, ainsi qu'avec du cuivre, ce qui n'est dangereux qu'à forte concentration. Cui pense que ce processus de nettoyage chimique et de filtrage électrochimique fonctionnera avec d'autres métaux lourds dangereux comme le mercure et le chrome, mais d'autres expériences de laboratoire sont nécessaires pour le démontrer.

Plus de plantes sacrificielles

Cui a déclaré que le projet avait commencé il y a deux ans lorsque lui et l'étudiant diplômé Jinwei Xu ont réfléchi à la manière de résoudre le problème de base :les métaux lourds se lient au sol et deviennent pratiquement inextricables. Aujourd'hui, Cui a dit, le nettoyage peut impliquer de déterrer des sols contaminés et de les séquestrer quelque part. Les chercheurs agricoles ont également développé des techniques de phytoremédiation :faire pousser des plantes sacrificielles dans des sols contaminés pour absorber les métaux lourds, puis récolter ces cultures et les amener à une installation d'extraction et d'élimination. Mais la phytoremédiation peut prendre de nombreuses années de récoltes répétées.

Cherche un rapide, moyen rentable d'extraire les métaux lourds des champs contaminés, les chercheurs ont essayé de laver des échantillons de sol toxiques à l'eau claire. Ils se sont vite rendu compte que l'eau plate ne pouvait pas rompre la liaison chimique entre les métaux lourds et le sol. Ils avaient besoin d'un additif pour détacher les contaminants. Ils ont trouvé la réponse dans un produit chimique commun connu par ses initiales :EDTA.

En rétrospective, L'EDTA était le choix évident car ce même produit chimique est utilisé pour traiter les patients intoxiqués au plomb ou au mercure. L'EDTA chargé négativement se lie si fortement aux particules de métaux lourds chargées positivement qu'il retire le plomb ou le mercure des tissus du patient. Les chercheurs ont estimé que, lorsqu'il est dissous dans l'eau, Les crochets négatifs de l'EDTA arracheraient les métaux lourds des sols. Les expériences l'ont confirmé. Lorsque l'eau traitée à l'EDTA s'infiltre dans le sol contaminé, il emportait les métaux lourds.

Mais le travail de l'équipe n'était qu'à moitié fait. Le sol était propre, mais l'eau traitée était toujours toxique. Ils avaient besoin d'un moyen de séparer l'EDTA des métaux lourds dans l'eau de rinçage et de capturer ces toxines une fois pour toutes.

Isoler les métaux lourds

Les scientifiques savaient que l'EDTA restait fortement négatif même après avoir capturé une particule métallique chargée positivement. Donc, les chercheurs ont construit un tamis avec les propriétés électriques et chimiques pour séparer l'EDTA chargé négativement et les métaux lourds chargés positivement. Le résultat a été des métaux lourds isolés et un mélange d'eau et d'EDTA prêt à purifier davantage de sol.

En plus du plomb et du cadmium, les chercheurs ont testé le procédé sur du cuivre, ce qui n'est dangereux qu'à forte concentration. Next Cui aimerait mener l'expérience sur d'autres métaux lourds comme le mercure, qui sont si toxiques qu'ils nécessitent une manipulation spéciale pour protéger les chercheurs. Mais il pense que la chimie est si solide qu'il est confiant dans le succès du laboratoire. La plus grande question est de savoir si le processus peut être étendu pour traiter des tonnes de sol contaminé. Les chercheurs ont cherché à breveter le processus par le biais du Stanford Office of Technology Licensing et aimeraient trouver une opportunité de mener un projet pilote dans un domaine contaminé.

"Nous n'avons vraiment pas de bonne technologie de remédiation pour les métaux lourds, " a déclaré Cui. " Si cela s'avère pratique à grande échelle, ce sera une avancée significative. "