Pour lutter contre ce polluant émergent, des chercheurs de l’Institut indien des sciences (IISc) ont conçu un hydrogel durable pour éliminer les microplastiques de l’eau. Le matériau possède un réseau polymère entrelacé unique qui peut lier les contaminants et les dégrader par irradiation par la lumière UV. La recherche est publiée dans la revue Nanoscale .

Les scientifiques ont déjà essayé d’utiliser des membranes filtrantes pour éliminer les microplastiques. Cependant, les membranes peuvent se boucher avec ces minuscules particules, ce qui les rend insoutenables. Au lieu de cela, l'équipe IISc dirigée par Suryasarathi Bose, professeur au Département de génie des matériaux, a décidé de se tourner vers les hydrogels 3D.

Le nouvel hydrogel développé par l’équipe se compose de trois couches de polymères différentes – chitosane, alcool polyvinylique et polyaniline – entrelacées ensemble, créant ainsi une architecture de réseau de polymères interpénétrés (IPN). L'équipe a infusé cette matrice avec des nanoclusters d'un matériau appelé polyoxométalate de substitution du cuivre (Cu-POM).

Ces nanoclusters sont des catalyseurs capables d’utiliser la lumière UV pour dégrader les microplastiques. La combinaison des polymères et des nanoclusters a donné naissance à un hydrogel puissant, capable d'adsorber et de dégrader de grandes quantités de microplastiques.

La plupart des microplastiques sont le produit de la dégradation incomplète des plastiques et des fibres domestiques. Pour imiter cela en laboratoire, l'équipe a écrasé des couvercles de récipients alimentaires et d'autres produits en plastique d'usage quotidien pour créer deux des microplastiques les plus courants existant dans la nature :le chlorure de polyvinyle et le polypropylène.

"Avec le traitement ou l'élimination des microplastiques, un autre problème majeur est la détection. Comme il s'agit de très petites particules, vous ne pouvez pas les voir à l'œil nu", explique Soumi Dutta, première auteure de l'étude et chercheuse postdoctorale nationale SERB à l'Institut. Département de génie des matériaux.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont ajouté un colorant fluorescent aux microplastiques pour suivre la quantité adsorbée et dégradée par l’hydrogel dans différentes conditions. "Nous avons vérifié l'élimination des microplastiques à différents niveaux de pH de l'eau, à différentes températures et à différentes concentrations de microplastiques", explique Dutta.

L’hydrogel s’est avéré très efficace :il pourrait éliminer environ 95 % et 93 % des deux types différents de microplastiques présents dans l’eau à un pH presque neutre (∼6,5). L’équipe a également mené plusieurs expériences pour tester la durabilité et la résistance du matériau. Ils ont découvert que la combinaison des trois polymères le rendait stable à différentes températures.

"Nous voulions créer un matériau plus durable et pouvant être utilisé de manière répétitive", explique Bose. L’hydrogel pourrait durer jusqu’à cinq cycles d’élimination des microplastiques sans perte significative d’efficacité. De plus, souligne Bose, une fois son utilisation dépassée, l'hydrogel peut être réutilisé en nanomatériaux de carbone capables d'éliminer les métaux lourds comme le chrome hexavalent de l'eau polluée.

À l'avenir, les chercheurs prévoient de travailler avec des collaborateurs pour développer un dispositif pouvant être déployé à grande échelle pour aider à nettoyer les microplastiques provenant de diverses sources d'eau.