L’eau polluée par des métaux lourds peut constituer une menace lorsqu’elle est consommée par les humains et la vie aquatique. Les polymères dérivés du sucre des plantes éliminent ces métaux, mais nécessitent souvent d’autres substances pour ajuster leur stabilité ou leur solubilité dans l’eau.
Des chercheurs ont récemment fait état d’un polymère semblable au sucre qui piège les métaux lourds dans des amas insolubles pour les éliminer facilement. Lors de tests de validation de principe, le polymère a éliminé le cadmium ionique et le plomb de l’eau de rivière enrichie de ces contaminants persistants. Les travaux ont été menés publié dans Centre scientifique central de l’ACS.
Certains ions de métaux lourds peuvent être toxiques à des concentrations élevées dans l’eau potable. Les méthodes d’élimination de ces contaminants, comme la filtration, peuvent être très énergivores et s’appuyer sur des membranes de capture des métaux qui s’obstruent rapidement et doivent être remplacées. Pour améliorer la purification de l’eau, les chercheurs se sont tournés vers les plantes.
Les plantes protègent leurs cellules grâce à une barrière de polysaccharides, constituée de macromolécules contenant des unités de sucre répétées, qui piègent les ions métalliques. Par exemple, dans une étude récente, des chercheurs ont utilisé des extraits de polysaccharides collants provenant du gombo et de l’aloès pour éliminer les microplastiques des eaux usées.
Cependant, certains polysaccharides se dissolvent dans l’eau, ce qui nécessite l’ajout d’additifs pour former des gels insolubles permettant de capturer et d’éliminer les métaux. Cassandra Callmann et son équipe de recherche de l’Université du Texas à Austin ont donc entrepris de concevoir un matériau unique doté de structures semblables à celles du sucre et d’une solubilité dans l’eau contrôlable pour éliminer les métaux lourds de l’eau.
Une giclée de ce polymère se lie au cadmium, formant un précipité trouble, puis un peu d’acide libère le métal lourd, redissolvant le polymère. Crédit : Cassandra Callmann
L’équipe a construit plusieurs polymères, chacun doté d’un squelette insoluble dans l’eau avec différents glucides hydrosolubles suspendus aux unités répétitives comme des breloques sur un bracelet. Lors des premiers tests, le « charme » glucidique qui attirait et liait le plus efficacement le cadmium ionique contenait un groupe acide carboxylique.
Ensuite, lors de tests sur de l’eau additionnée de cadmium ionique, le polymère avec acide carboxylique a formé des grumeaux visibles au bout de trois minutes, et les grumeaux ont pu être filtrés. Les grumeaux se sont également redissous, libérant le cadmium, en ajustant l’acidité de l’eau. Après trois cycles de liaison, d’agglutination et de redissolution, le polymère a conservé la même efficacité de piégeage des métaux, démontrant ainsi son potentiel en tant que matériau recyclable.
Pour prouver le concept, l’équipe a ensuite testé le polymère contenant des glucides sur l’eau du fleuve Colorado enrichie en cadmium et en plomb ioniques. L’échantillon de la rivière contenait beaucoup plus de calcium, de sodium et de magnésium ioniques que les métaux ajoutés.
En 24 heures, le polymère a capturé jusqu’à 20 % et 45 % du cadmium et du plomb ajoutés, respectivement, ainsi qu’une quantité minime des autres ions métalliques. Les chercheurs affirment que leur nouveau matériau constitue une étape prometteuse vers des matériaux plus efficaces, réutilisables et sélectifs pour la purification de l’eau.
Plus d’informations :
Les polymères bioinspirés contenant des glucides séquestrent efficacement et de manière réversible les métaux lourds, Centre scientifique central de l’ACS (2024). DOI: 10.1021/acscentsci.4c01010. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.4c01010