Les nanoparticules (image du haut) décomposent efficacement les polluants et sont magnétiques, ce qui les rend facilement récupérables pour être réutilisées (image du bas). Crédit : Adapté de ACS Applied Materials & ; Interfaces 2022, DOI : 10.1021/acsami.1c23466
Les filtres à membrane ne nécessitent pas beaucoup d’énergie pour purifier l’eau, ce qui les rend populaires pour le traitement des eaux usées. Pour maintenir ces matériaux en parfait état, ils sont généralement nettoyés avec de grandes quantités de produits chimiques puissants, mais certains de ces agents détruisent les membranes au cours du processus. Aujourd’hui, des chercheurs ont publié dans ACS Applied Materials & ; Interfaces (en anglais) ont développé des catalyseurs nanoparticulaires réutilisables qui incorporent du glucose pour aider à décomposer efficacement les contaminants à l’intérieur de ces filtres sans les endommager.
Généralement, les filtres d’eaux usées sales sont décolmatés par des acides forts, des bases ou des oxydants. Les oxydants contenant du chlore, comme l’eau de Javel, peuvent décomposer les débris organiques les plus tenaces. Mais ils endommagent également les membranes en polyamide, qui sont dans la plupart des systèmes de nanofiltration commerciaux, et ils produisent des sous-produits toxiques. Une alternative plus douce à l’eau de Javel est le peroxyde d’hydrogène, mais il décompose les contaminants lentement.
Auparavant, les scientifiques ont combiné le peroxyde d’hydrogène avec de l’oxyde de fer pour former des radicaux hydroxyles qui améliorent l’efficacité du peroxyde d’hydrogène dans un processus connu sous le nom de réaction de Fenton. Pourtant, pour que la réaction de Fenton nettoie les filtres, il faut un supplément de peroxyde d’hydrogène et de acid are needed, increasing financial and environmental costs. One way to avoid these additional chemicals is to use the enzyme glucose oxidase, which simultaneously forms hydrogen peroxide and gluconic acid from glucose and oxygen. So, Jianquan Luo and colleagues wanted to combine glucose oxidase and iron oxide nanoparticles into a system that catalyzes the Fenton-based breakdown of contaminants, creating an efficient and delicate cleaning system for membrane filters.
First, the researchers compared the removal of organic contaminants from polyamide filters by the glucose oxidase enzyme and iron oxide nanoparticles to other cleaning methods, including the traditional Fenton reaction. They found this approach was superior at breaking down the common contaminants bisphenol A and methylene blue, while also preserving more of the membrane structure.
Encouraged by their initial results, the team combined glucose oxidase and iron oxide into a single nanoparticle, connecting them with an amino bridge. Finally, they tested the new nanoparticle’s ability to clean methylene blue-soaked nanofiltration membranes, which they fouled and cleaned for three cycles. After each cleaning cycle, the nanoparticles were retrieved with a magnet and reused with fresh glucose to activate the catalyst.
The nanoparticles were highly effective at cleaning the membranes, returning them to 94% of their initial water filtration capacity. Because the nanoparticles don’t require strong chemicals and are easily recoverable, the researchers say their new system is a “greener” and more cost-effective approach for cleaning nanofiltration membranes.
Reference: “Chemoenzymatic Cascade Reaction for Green Cleaning of Polyamide Nanofiltration Membrane” 2 March 2022, ACS Applied Materials & Interfaces.
DOI: 10.1021/acsami.1c23466
The authors acknowledge funding from the Beijing Natural Science Foundation and the National Natural Science Foundation of China.
