Les résidus de médicaments tels que les antibiotiques, les contraceptifs ou les anti-inflammatoires dans les eaux usées ou dans les systèmes de traitement sont un problème partout dans le monde. Il est difficile de les éliminer de l’eau et ils finissent donc par réintégrer le cycle de l’eau. Les chercheurs dirigés par le professeur Angelika Brückner et le Dr Jabor Rabeah de l’Institut Leibniz pour la catalyse (LIKAT) à Rostock (Allemagne) ont maintenant observé des photocatalyseurs en direct au travail, pour ainsi dire. L’équipe a maintenant pu clarifier le fonctionnement de ces processus.

Selon le professeur Brückner, chef de division chez LIKAT, cette vision ouvre de nouvelles voies pour développer des photocatalyseurs pour le traitement des eaux usées. Elle et ses collègues sont des spécialistes dans le domaine de ce que l’on appelle la spectroscopie in situ. Cela leur permet de surveiller la fonction d’un catalyseur lors d’une réaction chimique (in situ). Ils sont alors en mesure de documenter son mécanisme moléculaire.

Du nitrure de carbone au lieu de l’oxyde de titane

De manière générale, les photocatalyseurs comme le dioxyde de titane fonctionnent le plus efficacement avec les rayons UV à forte intensité énergétique. Mais la proportion d’UV dans la lumière du soleil n’est que de cinq à huit pour cent. Des chercheurs chinois ont donc développé de nouveaux photocatalyseurs: le nitrure de carbone. Cela devient activé dans la lumière visible. Il est produit par traitement thermique de la mélamine. Qui, accessoirement, sert également de matériau de base pour la vaisselle colorée en polymères thermodurcissables.

Ci-dessous une vidéo en anglais expliquant ce procédé :

Les scientifiques chinois ont déjà pu prouver lors d’essais que ce catalyseur fonctionne avec diverses substances produites lors de la dégradation des médicaments et qui se retrouvent dans les eaux usées. Pour ce faire, le photocatalyseur en poudre est agité dans l’eau. Il fait alors son travail sous forme de particules en suspension. Les chercheurs ont testé l’oxygène et l’ozone comme oxydants. L’ozone s’est avéré extrêmement efficace. Mais son activité a fluctué, et cela semblait dépendre des conditions de préparation du catalyseur. La raison de cela et les conditions optimales pour la préparation d’un catalyseur ont été étudiées plus en profondeur chez LIKAT.

Identifier les radicaux

Dans ce cas, les mesures ont montré qu’une espèce de radicaux est responsable du processus de dégradation proprement dit. Ce sont des molécules extrêmement réactives qui attaquent et décomposent immédiatement les polluants dans l’eau. Et l’interaction de la lumière du soleil, du photocatalyseur et de l’ozone stimule cette formation de radicaux.

En fait, les radicaux ont été si éphémères que même la technologie d’analyse de pointe de LIKAT était initialement incapable de les identifier. Les chercheurs n’ont réussi à y parvenir qu’avec une astuce spéciale appelée Spin-Trap . Cela implique d’utiliser une molécule neutre pour piéger les radicaux, qui se transforment alors en radical lui-même. Le haut degré d’efficacité de la combinaison photocatalyseur/lumière solaire/ozone dans le traitement des eaux usées peut être attribué à la formation extrêmement rapide d’un nombre énorme de radicaux réactifs.

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