Les humains savent depuis l'Antiquité que l'argent tue ou arrête la croissance de nombreux micro-organismes. Hippocrate, le père de la médecine, aurait utilisé des préparations à base d'argent pour traiter les ulcères et cicatriser les plaies. Jusqu'à l'introduction des antibiotiques dans les années 1940, l'argent colloïdal (minuscules particules en suspension dans un liquide) était un pilier du traitement des brûlures, plaies infectées et ulcères. L'argent est encore utilisé aujourd'hui dans les pansements, dans les crèmes et comme revêtement sur les dispositifs médicaux.

Depuis les années 1990, les fabricants ont ajouté des nanoparticules d'argent à de nombreux produits de consommation pour améliorer leurs propriétés antibactériennes et anti-odeurs. Les exemples incluent les vêtements, les serviettes, sous-vêtements, des chaussettes, dentifrice et peluches. Les nanoparticules sont des particules ultra-petites, allant de 1 à 100 nanomètres de diamètre – trop petit pour être vu même avec un microscope. Selon une base de données largement citée, environ un quart des produits de consommation à base de nanomatériaux actuellement commercialisés aux États-Unis contiennent du nanoargent.

De nombreuses études ont rapporté que le nanoargent s'échappe des textiles lorsqu'ils sont lavés. La recherche révèle également que le nanoargent peut être toxique pour les humains et les organismes aquatiques et marins. Bien qu'il soit largement utilisé, on sait peu de choses sur son devenir ou ses effets toxiques à long terme dans l'environnement.

Nous développons des moyens de transformer cette crise écologique potentielle en opportunité en récupérant des nanoparticules d'argent pur, qui ont de nombreuses applications industrielles, des eaux usées de lessive. Dans une étude récemment publiée, nous décrivons une technique de récupération de l'argent et discutons des principaux défis techniques. Notre approche s'attaque à ce problème à la source - dans ce cas, machines à laver individuelles. Nous pensons que cette stratégie est très prometteuse pour éliminer les contaminants nouvellement identifiés des eaux usées.

Un filon d'argent textile

L'utilisation du nanoargent dans les produits de consommation a augmenté régulièrement au cours de la dernière décennie. La part de marché des textiles à base d'argent est passée de 9 % en 2004 à 25 % en 2011.

Plusieurs chercheurs ont mesuré la teneur en argent des textiles et trouvé des valeurs allant de 0,009 à 21, 600 milligrammes d'argent par kilogramme de textile. Des études montrent que la quantité d'argent lessivée dans la solution de lavage dépend de nombreux facteurs, y compris les interactions entre les détergents et d'autres produits chimiques et la façon dont l'argent est attaché aux textiles.

Chez l'homme, l'exposition à l'argent peut endommager les cellules du foie, peau et poumons. Une exposition prolongée ou une exposition à une dose élevée peut provoquer une affection appelée argyrie, dans laquelle la peau de la victime vire au gris bleuté en permanence.

L'argent est toxique pour de nombreux microbes et organismes aquatiques, y compris le poisson zèbre, truite arc-en-ciel et zooplancton.

Une fois que l'argent s'écoule dans les égouts et se retrouve dans les usines de traitement des eaux usées, il peut potentiellement nuire aux processus de traitement bactérien, les rendant moins efficaces, et équipements de traitement des salissures. Plus de 90 pour cent des nanoparticules d'argent libérées dans les eaux usées se retrouvent dans les biosolides riches en nutriments laissés à la fin du traitement des eaux usées, qui sont souvent utilisés sur les terres comme engrais agricoles.

Cela pose de multiples risques. Si les plantes absorbent l'argent du sol, ils pourraient le concentrer et l'introduire dans la chaîne alimentaire. Il peut également s'infiltrer dans les eaux souterraines ou s'écouler dans les rivières par les tempêtes de pluie ou l'érosion.

Traiter l'eau de lessive à la source

Nos recherches montrent que le moyen le plus efficace d'éliminer l'argent des eaux usées est de le traiter dans la machine à laver. À ce stade, les concentrations d'argent sont relativement élevées, et l'argent est initialement libéré des vêtements traités sous une forme chimique qu'il est possible de récupérer.

Une fois que l'eau de lavage est acheminée vers les usines de traitement des eaux usées et mélangée aux eaux usées et à l'eau d'autres sources, les concentrations d'argent diminuent considérablement et peuvent être converties en différentes formes chimiques.

Un peu de chimie est utile ici. Notre méthode de récupération utilise un processus chimique largement utilisé appelé échange d'ions. Les ions sont des atomes ou des molécules qui ont une charge électrique. Dans l'échange d'ions, un solide et un liquide sont réunis et échangent des ions entre eux.

Par exemple, les savons ménagers ne moussent pas bien dans l'eau "dure", qui contient des niveaux élevés d'ions tels que le magnésium et le calcium. De nombreux filtres à eau domestiques utilisent l'échange d'ions pour "adoucir" l'eau, remplacer ces matériaux par d'autres ions qui n'affectent pas ses propriétés de la même manière.

Pour que ce processus fonctionne, les ions qui changent de place doivent tous les deux être chargés positivement ou négativement. Le nanoargent est initialement libéré des textiles sous forme d'ions d'argent, qui est un cation - un ion avec une charge positive (d'où le signe plus dans son symbole chimique, Ag+).

Même à la source, éliminer l'argent de l'eau de lavage est un défi. Les concentrations d'argent dans la solution de lavage sont relativement faibles par rapport aux autres cations, comme le calcium, qui pourraient interférer avec le processus de suppression. La chimie des détergents complique encore le tableau car certains composants des détergents peuvent potentiellement interagir avec l'argent.

Pour récupérer l'argent sans ramasser d'autres produits chimiques, le processus de récupération doit utiliser des matériaux ayant une affinité chimique pour l'argent. Dans une étude précédente, nous avons décrit une solution potentielle : utiliser des matériaux échangeurs d'ions incorporés avec des produits chimiques à base de soufre, qui se lient préférentiellement à l'argent.

Dans notre nouvelle étude, nous avons fait passer l'eau de lavage à travers une colonne de résine échangeuse d'ions et analysé comment chaque ingrédient détergent majeur interagissait avec l'argent dans l'eau et affectait la capacité de la résine à éliminer l'argent de l'eau. En manipulant les conditions de processus telles que le pH, température et concentration des cations non argentés, nous avons pu identifier les conditions qui maximisaient la récupération d'argent.

Nous avons constaté que le pH et les niveaux d'ions calcium (Ca2+) étaient des facteurs critiques. Des niveaux plus élevés d'ions hydrogène ou calcium lient les ingrédients détergents et les empêchent d'interagir avec les ions argent, ainsi la résine échangeuse d'ions peut éliminer l'argent de la solution. Nous avons également constaté que certains ingrédients détergents - en particulier les agents de blanchiment et d'adoucissement de l'eau - rendaient la résine échangeuse d'ions moins efficace. En fonction de ces conditions, nous avons récupéré entre 20 pour cent et 99 pour cent de l'argent dans l'eau de lavage.

Nos découvertes peuvent stimuler la recherche de formulations détergentes alternatives qui améliorent la récupération de l'argent. Ils montrent également que la technologie d'échange d'ions peut récupérer des traces d'argent dans les eaux de lavage qui contiennent des niveaux élevés de détergent.

L'avenir du traitement des eaux usées

Aujourd'hui, les eaux usées sont collectées à partir de sources multiples, comme les maisons et les entreprises, et acheminés sur de longues distances jusqu'aux usines de traitement des eaux usées centralisées. Mais de plus en plus de preuves montrent que ces installations sont mal équipées pour garder les contaminants nouvellement identifiés hors de l'environnement, car ils utilisent un schéma de traitement commun pour de nombreux flux de déchets différents.

Nous pensons que l'avenir réside dans les systèmes décentralisés capables de traiter différents types d'eaux usées avec des technologies spécifiques conçues spécifiquement pour les matériaux qu'elles contiennent. Si les eaux usées des laveries contiennent des contaminants différents des eaux usées des restaurants, pourquoi les traiter de la même manière ?

Notre approche est à la fois plus efficace et un moyen plus efficace de résoudre les nouveaux problèmes environnementaux - potentiellement grâce à une étape aussi simple que l'installation d'une cartouche de traitement de l'eau spécialisée dans votre machine à laver.