Les chercheurs de l'Université de Rice ont développé une solution innovante à un défi environnemental urgent: éliminer et détruire les substances per- et polyfluoroalkyle (PFAS), communément appelées «produits chimiques pour toujours».
Une étude dirigée par James Tour, le professeur de chimie TT et WF Chao et professeur de science des matériaux et de nano-ingénieurs, et l'étudiant diplômé Phelecia Scotland dévoile une méthode qui élimine non seulement les APFA des systèmes d'eau mais transforme également les déchets en graphène à haute valeur, offrant une approche rentable et durable de la réévaluation environnementale. Cette recherche a été publiée le 31 mars dans Eau naturelle.
Les PFA sont des composés synthétiques dans divers produits de consommation, évalués à leur résistance à la chaleur, à l'eau et à l'huile. Cependant, leur stabilité chimique les a fait persister dans l'environnement, contaminant l'approvisionnement en eau et posant des risques importants pour la santé, notamment le cancer et les perturbations du système immunitaire. Les méthodes traditionnelles d'élimination des PFA sont coûteuses, à forte intensité énergétique et génèrent souvent des polluants secondaires, ce qui a suscité la nécessité de solutions innovantes plus efficaces et respectueuses de l'environnement.
« Notre méthode ne se contente pas de détruire ces produits chimiques dangereux; il transforme les déchets en quelque chose de valeur », a déclaré Tour. « En augmentant le carbone usé en graphène, nous avons créé un processus non seulement bénéfique pour l'environnement mais aussi économiquement viable, contribuant à compenser les coûts de correction. »
Le processus de l'équipe de recherche utilise Flash Joule Heating (FJH) pour relever ces défis. En combinant le carbone activé granulaire (GAC) saturé de PFA et d'agents minéralisants comme les sels de sodium ou de calcium, les chercheurs ont appliqué une haute tension pour générer des températures supérieures à 3 000 degrés Celsius en moins d'une seconde.
La chaleur intense décompose les fortes liaisons carbone-fluorine dans les PFA, les convertissant en sels de fluor non toxiques inertes. Simultanément, le GAC est recyclé dans le graphène, un matériau précieux utilisé dans les industries allant de l'électronique à la construction.
Les résultats de la recherche ont donné à plus de 96% l'efficacité de la défluorination et l'élimination de 99,98% de l'acide perfluorooctanoïque (PFOA), l'un des polluants PFAS les plus courants. Les tests analytiques ont confirmé que la réaction produisait des quantités indétectables de fluorures organiques volatils nocifs, un sous-produit commun des autres traitements PFAS. La méthode élimine également les déchets secondaires associés aux méthodes d'élimination traditionnelles telles que l'incinération ou l'ajout de carbone usé aux décharges.
« Cette approche à double usage change la donne », a déclaré l'Écosse. « Il transforme les déchets en une ressource tout en fournissant une solution évolutive et rentable à un problème environnemental urgent. »
Les implications de cette recherche s'étendent au-delà de l'APFO et de l'acide perfluorooctane sulfonique, les deux PFA les plus étudiés; Il fonctionne même sur le type PFAS le plus récalcitrant, Teflon R. Les températures élevées obtenues pendant le FJH suggèrent que cette méthode pourrait dégrader une large gamme de composés PFAS, ouvrant la voie à des applications plus larges de traitement de l'eau et de gestion des déchets. Le processus FJH peut également être adapté pour produire d'autres matériaux précieux à base de carbone, notamment des nanotubes de carbone et des nanodiamères, améliorant encore sa polyvalence et son attrait économique.
« Avec sa promesse de coût net zéro, d'évolutivité et d'avantages environnementaux, notre méthode représente un pas en avant dans la lutte contre Forever Chemicals », a déclaré l'Écosse. « Alors que les préoccupations concernant la contamination par les PFA continuent de croître, cette percée offre de l'espoir de protéger la qualité de l'eau et de protéger la santé publique dans le monde entier. »
