Un catalyseur non toxique pour une eau propre et réutilisable

Le platine a établi une nouvelle « norme de référence » en matière de bijoux, et il est maintenant sur le point d’améliorer la qualité de votre eau.

Alors que le traitement des eaux usées pour la réutilisation en eau potable devient une option plus viable et populaire pour faire face aux pénuries d’eau, la question de savoir quels sous-produits nocifs pourraient se former lors du traitement et comment y remédier se pose de manière importante. Un groupe de ces produits chimiques, les aldéhydes, est connu pour persister obstinément pendant le traitement. Toxiques pour les humains, les aldéhydes figureront en tête de liste des sous-produits réglementés dans les réglementations de réutilisation à venir, estiment les chercheurs de l’USC, et nécessitent une méthodologie durable pour être éliminés de notre eau potable.

Dans une recherche publiée dans Sciences et technologie de l’environnement, les chercheurs de l’USC Viterbi School of Engineering introduisent le platine pour aider à nettoyer même les toxines les plus tenaces des eaux usées. Le platine, le même métal utilisé dans les convertisseurs catalytiques pour nettoyer les polluants atmosphériques dans les gaz d’échappement des voitures, peut servir de catalyseur, a déclaré Dan McCurry, professeur adjoint en génie civil et environnemental, accélérant l’oxydation pour transformer des aldéhydes autrefois toxiques en acides carboxyliques inoffensifs.

Lorsque les eaux usées sont recyclées, a déclaré McCurry, l’eau qui en résulte est « très pure, mais pas pure à 100 %. Il reste encore une infime quantité de carbone organique détectable et ces atomes de carbone pourraient être attachés à des molécules très toxiques ou totalement innocentes ». Cela a laissé les gens perplexes pendant des années, a-t-il dit, en particulier parce que le carbone est capable de traverser tant de couches de traitement et de barrières.

Une étude menée par le chercheur de l’UC Berkeley, David Sedlak, a révélé que « un tiers à la moitié » de ces molécules sont présentes sous la forme d’aldéhydes, a déclaré McCurry. Les aldéhydes sont des composés chimiques caractérisés par un atome de carbone qui partage une double liaison avec un atome d’oxygène, une simple liaison avec un atome d’hydrogène et une simple liaison avec un autre atome ou Ils sont également généralement toxiques pour les humains, ce qui signifie que leur consommation à long terme peut entraîner diverses maladies chroniques et potentiellement mortelles telles que le cancer.

L’oxydation catalytique des polluants organiques dans l’eau, sans électrochimie, ajout de produits chimiques oxydants accepteurs d’électrons ou photochimie, n’a pas été démontrée de manière durable à ce jour, a déclaré McCurry. Jusqu’ici.

Une solution pour un problème à venir

McCurry se souvient avoir appris les oxydants utilisés pour synthétiser des molécules dans un cours de chimie organique qu’il a suivi alors qu’il était étudiant diplômé à l’Université de Stanford. « Le TA parcourait une liste d’oxydants utilisés par les chimistes synthétiques et les catalyseurs au platine ont attiré mon attention. Non seulement c’est l’un des rares oxydants non toxiques, mais il peut utiliser l’oxygène de l’eau pour catalyser une réaction de manière abiotique ( sans l’utilisation de microbes). »

« C’était vraiment excitant pour moi », a déclaré McCurry, « parce que cela a toujours été frustrant dans le traitement de l’eau que l’eau soit pleine d’oxygène, mais cela ne fait vraiment rien. »

Il y a environ huit milligrammes par litre d’oxygène dissous dans l’eau, a déclaré McCurry. Bien qu’il s’agisse d’un puissant oxydant d’un point de vue thermodynamique, a déclaré McCurry, la réaction est lente. Avec le platine, le processus s’accélère. Pendant un certain temps, McCurry et son équipe de chercheurs ont utilisé le platine pour oxyder différents produits pharmaceutiques à titre expérimental.

« Nous savions que nous pouvions oxyder certaines choses, mais nous n’avions pas d’application claire en tête pour ce catalyseur », a déclaré McCurry. En fin de compte, leur espoir était de trouver une application percutante pour leur travail. Finalement, après un an d’expérimentation, l’idée lui est venue alors qu’il rentrait chez lui à vélo depuis le campus de Stanford. « Et si nous pouvions utiliser le platine dans le traitement de l’eau pour oxyder les contaminants ? » il a dit. « Cela se produirait essentiellement gratuitement, et comme l’oxygène est déjà dans l’eau, c’est ce qui se rapproche le plus d’une oxydation sans produits chimiques. »

McCurry reconnaît que le platine est cher, mais note également que le coût, comme pour le convertisseur catalytique d’une voiture, est relatif. « Votre voiture contient probablement entre un et 10 grammes de platine. La quantité n’est pas négligeable. Si c’est assez bon marché pour être installé dans une Honda Civic, c’est probablement assez bon marché pour être installé dans une usine de traitement de l’eau », a déclaré McCurry.

La percée, a déclaré McCurry, n’est pas aussi pertinente pour la plupart des usines de réutilisation de l’eau existantes, car beaucoup d’entre elles favorisent la « réutilisation indirecte de l’eau potable ». C’est là que, une fois tous les processus de traitement et de recyclage de l’eau terminés, l’eau est renvoyée dans le sol, ce qui crée essentiellement de nouvelles eaux souterraines. « Une fois qu’ils sont dans le sol, il est probable qu’un microbe mange les aldéhydes et l’eau sera nettoyée de cette façon », a-t-il déclaré.

« Mais de plus en plus de gens parlent de réutilisation potable directe », a-t-il déclaré, « où nous parlons d’une boucle d’eau fermée où l’eau va de la station d’épuration à la station de réutilisation, puis soit à une station d’eau potable, soit directement dans le système de distribution dans les foyers et les entreprises. »

Dans ces cas, les aldéhydes pourraient potentiellement atteindre les consommateurs, a déclaré McCurry. Bien qu’ils ne soient actuellement pas réglementés, McCurry soupçonne que la présence d’aldéhydes dans les eaux usées recyclées attirera bientôt l’attention des autorités réglementaires. « C’est le problème pour lequel nous ne savions pas que nous avions une solution, mais maintenant nous savons que ce catalyseur, que nous utilisions pour oxyder des produits pharmaceutiques aléatoires pour le plaisir, fonctionne très bien sur l’oxydation des aldéhydes et permettrait une réutilisation directe de l’eau potable. pour répondre aux futures directives réglementaires et normes de sécurité », a-t-il déclaré.

L’équipe a fait une expérience préliminaire en utilisant du platine dans des réacteurs discontinus sur quelques gallons d’eau. Les expériences ont été couronnées de succès, mais McCurry dit que pour que cela se propage à un niveau de production de masse, des recherches supplémentaires devraient être effectuées sur la durée pendant laquelle le catalyseur reste actif. L’équipe étudie également comment régénérer potentiellement le catalyseur. McCurry dit qu’il sera également important de tester le système avec de l’eau plus sale, ce qui peut encrasser le catalyseur et le rendre moins efficace.

Le processus, pour lequel l’équipe a un brevet en instance, semblera plus durable que les méthodes alternatives qui pourraient nécessiter l’introduction de produits chimiques et d’énergie supplémentaires, a déclaré McCurry.