Verser des taches de rouille dans l’eau la rend généralement plus sale. Mais les chercheurs ont développé des nanoparticules spéciales d’oxyde de fer qu’ils appellent « rouille intelligente » qui le rendent réellement plus propre. La rouille intelligente peut attirer de nombreuses substances, notamment le pétrole, les nanoplastiques et les microplastiques, ainsi que l'herbicide glyphosate, en fonction de l'enrobage des particules. Et comme les nanoparticules sont magnétiques, elles peuvent facilement être éliminées de l’eau à l’aide d’un aimant, tout comme les polluants. Aujourd'hui, l'équipe rapporte qu'elle a modifié les particules pour piéger les hormones œstrogènes potentiellement nocives pour la vie aquatique.
Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la réunion d'automne de l'American Chemical Society (ACS).
"Notre" rouille intelligente "est bon marché, non toxique et recyclable", déclare Marcus Halik, Ph.D., chercheur principal du projet. "Et nous avons démontré son utilisation pour toutes sortes de contaminants, démontrant ainsi le potentiel de cette technique pour améliorer considérablement le traitement de l'eau."
Depuis de nombreuses années, l'équipe de recherche de Halik étudie des moyens respectueux de l'environnement pour éliminer les polluants de l'eau. Les matériaux de base qu'ils utilisent sont des nanoparticules d'oxyde de fer sous forme superparamagnétique, ce qui signifie qu'elles sont attirées par les aimants, mais pas les unes par les autres, de sorte que les particules ne s'agglutinent pas.
Pour les rendre « intelligents », l’équipe a développé une technique permettant de fixer des molécules d’acide phosphonique sur des sphères de taille nanométrique. "Après avoir ajouté une couche de molécules aux noyaux d'oxyde de fer, elles ressemblent à des poils dépassant de la surface de ces particules", explique Halik, basé à la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Ensuite, en modifiant ce qui est lié de l'autre côté des acides phosphoniques, les chercheurs peuvent ajuster les propriétés des surfaces des nanoparticules pour adsorber fortement différents types de polluants.
Les premières versions de la rouille intelligente emprisonnaient le pétrole brut provenant de l'eau collectée dans la mer Méditerranée et le glyphosate provenant de l'eau d'un étang collecté près de l'université des chercheurs. De plus, l'équipe a démontré que la rouille intelligente pouvait éliminer les nano- et microplastiques ajoutés aux échantillons d'eau de laboratoire et d'eau de rivière.
Jusqu’à présent, l’équipe a ciblé les polluants présents en grandes quantités. Lukas Müller, un étudiant diplômé qui présente de nouveaux travaux lors de la réunion, voulait savoir s'il pouvait modifier les nanoparticules de rouille pour attirer des traces de contaminants, tels que des hormones. Lorsque certaines hormones du corps humain sont excrétées, elles sont rejetées dans les eaux usées et finissent par pénétrer dans les cours d'eau. Les œstrogènes naturels et synthétiques constituent l’un de ces groupes d’hormones, et les principales sources de ces contaminants comprennent les déchets provenant des humains et du bétail. Les quantités d'œstrogènes sont très faibles dans l'environnement, explique Müller, et sont donc difficiles à éliminer. Pourtant, il a été démontré que même ces niveaux affectent le métabolisme et la reproduction de certaines plantes et animaux, bien que les effets de faibles niveaux de ces composés sur les humains sur de longues périodes ne soient pas entièrement connus.
"J'ai commencé avec l'œstrogène le plus courant, l'estradiol, puis quatre autres dérivés partageant des structures moléculaires similaires", explique Müller. Les molécules d’œstrogène ont un corps stéroïde volumineux et des parties avec de légères charges négatives. Pour exploiter ces deux caractéristiques, il a recouvert des nanoparticules d’oxyde de fer de deux ensembles de composés :un long et un autre chargé positivement. Les deux molécules se sont organisées à la surface des nanoparticules et les chercheurs émettent l'hypothèse qu'ensemble, elles construisent plusieurs milliards de « poches » qui attirent l'œstradiol et le piègent en place.
Parce que ces poches sont invisibles à l’œil nu, Müller a utilisé des instruments de haute technologie pour vérifier l’existence de ces poches qui piègent les œstrogènes. Les résultats préliminaires montrent une extraction efficace des hormones à partir d'échantillons de laboratoire, mais les chercheurs doivent examiner des expériences supplémentaires de spectroscopie de résonance magnétique nucléaire à l'état solide et de diffusion de neutrons aux petits angles pour vérifier l'hypothèse de poche. "Nous essayons d'utiliser différentes pièces de puzzle pour comprendre comment les molécules s'assemblent réellement à la surface des nanoparticules", explique Müller.
À l’avenir, l’équipe testera ces particules sur des échantillons d’eau réels et déterminera le nombre de fois où elles pourront être réutilisées. Étant donné que chaque nanoparticule a une surface élevée avec de nombreuses poches, les chercheurs affirment qu'ils devraient être capables d'éliminer les œstrogènes de plusieurs échantillons d'eau, réduisant ainsi le coût par nettoyage. "En recyclant ces particules à plusieurs reprises, l'impact matériel de cette méthode de traitement de l'eau pourrait devenir très faible", conclut Halik.
Plus d'informations : Rouille intelligente pour nettoyer l’eau des hormones, ACS automne 2023
Fourni par l'American Chemical Society
