Le filtre du glyphosate
Une nouvelle classe de matériaux élimine sélectivement et efficacement les herbicides des eaux souterraines
L'eau potable est essentielle. C'est pourquoi une équipe de recherche internationale dirigée par Dominik Eder vient de montrer comment les eaux souterraines peuvent être efficacement débarrassées de polluants tels que le glyphosate.
Schéma d'un MOF
Shaghayegh Naghdi
L'eau potable contaminée constitue une menace majeure pour notre santé. Cependant, les méthodes actuelles ne permettent pas d'éliminer complètement des eaux souterraines divers polluants tels que les pesticides, les herbicides, les hormones, les médicaments et d'autres composés chimiques. Dans le même temps, la contamination par ces substances ne cesse d'augmenter. Le glyphosate, utilisé dans le monde entier pour lutter contre les mauvaises herbes et qui présente des dangers potentiels pour l'homme et l'environnement, en est un exemple actuel.
Une équipe dirigée par Dominik Eder (TU Wien, Institute of Materials Chemistry) a mis au point une nouvelle classe de matériaux, les cadres métallo-organiques (MOF), qui peuvent être utilisés pour éliminer sélectivement et efficacement l'herbicide glyphosate des eaux souterraines. Les chercheurs ont récemment publié leurs résultats dans la revue scientifique "Advanced Functional Materials".
Petit volume, grande surface
Les MOF sont des matériaux constitués de minuscules groupes d'oxydes métalliques reliés par des molécules organiques pour former un réseau très poreux, semblable à une éponge. Ils présentent une surface extrêmement importante, pouvant atteindre 7 000 m²/g. "Cela signifie que l'on peut faire tenir un terrain de football entier dans un seul gramme de MOF", explique Dominik Eder. "Par conséquent, de nombreuses molécules peuvent s'adsorber dans les pores, ce qui fait des MOF des matériaux idéaux pour capturer directement les molécules de l'air et de l'eau, telles que leCO2, les sels inorganiques et les polluants organiques.
La particularité des MOF est qu'ils peuvent être personnalisés en fonction de l'application. Shaghayegh Naghdi, auteur principal de l'étude, explique : "Imaginez les MOF comme un grand bâtiment composé de minuscules blocs individuels. Chaque bloc est constitué d'atomes de métal ou de molécules organiques et vous les assemblez comme un puzzle pour obtenir les fonctions souhaitées".
Des mésopores pour les grosses molécules
Cependant, une limitation cruciale des MOF pour leur utilisation dans les milieux liquides est l'accessibilité des sites actifs à l'intérieur du matériau, où les processus d'adsorption et les réactions chimiques ont lieu. Pour atteindre ces sites, les molécules cibles doivent diffuser à travers des micropores dont le diamètre est inférieur à 1 nanomètre, ce qui correspond souvent à la taille des molécules elles-mêmes. En milieu liquide, les molécules de solvant peuvent ralentir considérablement ce processus de diffusion et obstruer les pores.
Pour résoudre ce problème, le groupe de recherche a mis au point une stratégie consistant à incorporer dans les MOF des pores supplémentaires d'un diamètre allant jusqu'à 10 nanomètres, appelés mésopores. Comment cela fonctionne-t-il ? "Nous brûlons sélectivement une certaine partie des molécules de composés organiques", explique Naghdi. "Cependant, nous devons le faire avec beaucoup de précautions afin d'éviter l'effondrement de la structure globale des micropores". L'équipe a déjà testé cette stratégie pour diverses applications en milieu liquide.
Élimination réussie du glyphosate
En collaboration avec des chercheurs de l'université du nord de la Colombie-Britannique au Canada, l'équipe de Dominik Eder a finalement étudié l'adsorption du glyphosate dans les eaux souterraines. Fait remarquable, le nouveau matériau a été capable d'éliminer trois fois plus de glyphosate en seulement 20 % du temps que le meilleur adsorbant actuel.
À l'aide de simulations informatiques réalisées au Technion en Israël, le groupe a également découvert que l'élimination des liens organiques crée de nouveaux sites métalliques. Ceux-ci permettent la formation de liaisons chimiques avec le glyphosate et donc une diffusion plus rapide de la molécule cible. Ces liaisons sont suffisamment fortes pour adsorber le glyphosate et des composés organiques similaires très rapidement et efficacement. Cependant, elles sont suffisamment faibles pour éliminer quantitativement le glyphosate avec une simple solution saline de chlorure de sodium, de sorte que ces MOF peuvent être utilisés plusieurs fois", explique Dominik Eder.
Le groupe de recherche prévoit de développer d'autres MOF pouvant être utilisés pour adsorber ou convertir d'autres polluants.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Naghdi, S., Brown, E., Zendehbad, M., Duong, A., Ipsmiller, W., Biswas, S., ... & Eder, D. (2023). Glyphosate Adsorption from Water Using Hierarchically Porous Metal–Organic Frameworks, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster. Advanced Functional Materials, 2213862.
Naghdi, S., Cherevan, A., Giesriegl, A., Guillet-Nicolas, R., Biswas, S., Gupta, T., ... & Eder, D. (2022). Selective ligand removal to improve accessibility of active sites in hierarchical MOFs for heterogeneous photocatalysis., öffnet eine externe URL in einem neuen FensterNature Communications, 13(1), 282.
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