TECHNIQUE
Aquarama 83 – mars 2019
La Suisse est favorable aux MOF
Le composite MOF Fe-BTC / PDA. La ‘cage’ Fe-BTC enferme le polymère PDA. (Illustration : ACS Central Science -Open Access)
Évaluation de l’élimination de métaux lourds. Concentration (en haut, à gauche) Hg2+ et (en bas, à gauche) Pb2+ dans de l’eau distillée avant traitement (gris) et après traitement au Fe-BTC (rouge) ou au Fe-BTC/PDA-19 (bleu). À droite, la capacité d’absorption du Fe-BTC/PDA-19 après saturation et cycles de régénération ; en haut à droite, Hg2+ (avec régénération via l’acide ascorbique) et, en bas à droite, Pb2+ (avec régénération via l’acide éthylène diamine tétra acétique, ou EDTA). (Illustration : ACS Central Science -Open Access)
À Flint, aux États-Unis, l’état d’urgence a été déclaré un certain temps, lorsqu’il s’est avéré que l’eau de rivière, insuffisamment épurée et contenant entre autres des teneurs élevées en plomb, fer et micro-organismes, coulait des robinets. Les MOF semblent pouvoir extraire ces matières de l’eau. (Photo : Wikimedia Commons/U.S. Army Corps of Engineers)
L’EPFL est située au bord du Lac Léman. (photo Wikimedia Commons/Mediacom EPFL)
Le composite MOF Fe-BTC / PDA peut également extraire l’or de l’eau. (Illustration : ACS Central Science -Open Access)
En Suisse il y a beaucoup de recherches en cours sur les MOF. Ils permettraient de fabriquer des matériaux qui pourraient s’avérer très utiles pour éliminer les métaux lourds de l’eau, décomposer les substances organiques qui s’y trouvent et par-dessus le marché, extraire de l’eau de l’hydrogène qui pourrait servir dans les réservoirs de carburant, comme vecteur d’énergie.
L’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), est l’un des meilleurs établissements scientifiques au monde. En 2018, elle a publié de remarquables résultats concernant ses recherches sur les MOF (Metal Organic Framework, soit en français : réseau métal-organique). Les MOF possèdent une structure cristalline présentant souvent des pores d’une dimension de quelques millionièmes de millimètre : des nanomètres, donc.
La recherche sur les MOF résulte de celle sur les zéolithes avec lesquelles ils sont apparentés. Nous mentionnions déjà dans l’Aquarama 82 comment les zéolithes suscitaient, entre autres, de l’intérêt pour éliminer de l’eau des polluants émergents tels que les médicaments et les pesticides (article ‘Les zéolithes arrivent ?).
Métaux lourds
Les chercheurs de l’EPFL ont créé un matériau permettant d’extraire de l’eau les métaux lourds. Ils ont pour cela traité un MOF, baptisé Fe-BTC, à la dopamine pour la polymériser en polydopamine (PDA). Ainsi est né le composite Fe-BTC/PDA. Ce dernier permet d’extraire de l’eau plus de 1,6 fois son propre poids de mercure, et 0,4 fois son propre poids de plomb. En quelques secondes à peine, il ramène la teneur en plomb d’une eau polluée, à des concentrations de 2 ppb, en accord avec les normes de l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) concernant l’eau potable.
Les Suisses ont testé, entre autres, avec succès les MOF sur quelques-uns des échantillons d’eau les plus sales de Flint, aux États-Unis, connu pour ses problèmes de plomb et de fer. Ils ont également éliminé du plomb d’échantillons pris dans le Rhône, la Mer méditerranée et une station d’épuration. Ils ont montré, pour conclure, qu’il était facile de régénérer le Fe-BTC/PDA : en retirer les saletés afin de réutiliser ensuite le composite. Cela peut se faire, par exemple, en le chauffant et en le plongeant dans l’acide.
Quelques mois après, il est apparu que ce matériau pouvait aussi extraire l’or, entre autres des eaux usées, de l’eau de mer et des boues. Un seul gramme absorbe 934 mg d’or et l’opération dure à peine deux minutes.
Très prometteur est également le fait que ce MOF peut être fabriqué à partir de matières premières coûtant seulement 2,50 dollars US le kilo si elles sont achetées à la tonne.
Stockage d’énergie
La catalyse est un procédé chimique dans lequel un produit, le catalyseur, rend possible une réaction chimique ; le catalyseur n’est pas utilisé lui-même pour cette dernière. Dans la photocatalyse, le catalyseur est activé sous l’influence de la lumière, à la suite de quoi, la réaction chimique est déclenchée.
À présent, les chercheurs de l’EPFL ont développé un système à base de MOF qui effectue non pas une mais deux sortes de photocatalyse : l’élimination de substances polluantes de l’eau, et la production d’hydrogène.
Ils ont démontré que leur MOF permet de décomposer la rhodamine B, un le colorant, dissoute dans l’eau. La rhodamine B est souvent utilisée pour simuler d’autres polluants organiques ; si cela fonctionne pour elle, on peut supposer que cela réussira pour beaucoup d’autres substances.
L’une des applications importantes de l’hydrogène est son utilisation dans les piles à combustible. Ces dernières fournissent de l’énergie, entre autres dans certaines voitures et cogénérations et certains satellites.
Cette solution a semblé permettre d’effectuer une photocatalyse efficace à l’aide de lumière visible, qui constitue 44% du spectre solaire. Il n’est pas nécessaire non plus de disposer de métaux nobles, chers et rares pour la fabriquer.
Par Koen Vandepopuliere
