Anastasia SILINA, Ahmida El ACHARI, Fabien SALAÜN
Traitement des eaux usées des teintures
Les industries textiles sont responsables de 54 % des polluants organiques dangereux, tels que les pigments et les colorants, rejetés dans les nappes d’eau [1]. Les colorants interfèrent avec les ressources naturelles en eau et ont un impact négatif sur l’environnement et la santé humaine [2]. L’adsorption est l’une des techniques les plus utilisées pour éliminer les colorants des eaux usées, en raison de sa simplicité d’utilisation et de sa rentabilité. Depuis quelques années, une nouvelle classe d’adsorbants commence à être largement utilisée dans différents systèmes d’adsorption.
Les réseaux métallo-organiques (MOFs) sont une classe de matériaux qui a récemment commencé à être utilisée pour la filtration de l’air et de l’eau [3]. Les propriétés d’adsorption des MOFs sont dues à leur surface spécifique élevée. En outre, ils sont thermiquement et chimiquement résistants. Les MOF peuvent être régénérés, c’est-à-dire que les molécules adsorbées peuvent être extraites de la structure, de sorte que le MOF peut être réutilisé pour un nouveau cycle d’adsorption, permettant de réduire le coût global de la filtration.
MOF et ENF réunis
Pour faciliter l’utilisation de MOFs dans le processus de traitement de l’eau, les MOF doivent être placés sur des supports et les nanofibres électrofilées (ENF) se sont avérées être de bons supports. Comme les ENF ont une longueur extrême et un petit diamètre, elles présentent une surface spécifique élevée, ce qui est un grand avantage pour le processus d’adsorption (Figure 1).
Les ENF sont principalement constitués de polymères, tels que le polystyrène, le polyacrylonitrile, le polyester et d’autres. Cependant, pour créer un composite MOF/ENF pour le traitement de l’eau, le polymère de l’ENF doit être compatible avec le MOF utilisé.
MOF/ENF pour l’élimination des colorants. Résultats clés
En raison des nombreuses contraintes liées à l’intégration des MOF dans les ENF, il est difficile de parvenir à un équilibre entre adsorption efficace, résistance à l’eau et résistance mécanique. Néanmoins, les filtres basés sur des composites MOF/ENF étant très prometteurs, les chercheurs s’efforcent de trouver des solutions optimales.
Nous avons étudié les paires de MOF/ENF qui ont été appliquées avec succès dans le traitement des eaux usées des colorants. D’après la littérature étudiée, il apparaît que les polymères solubles dans l’eau (CS, PVP, PVA) peuvent être utilisés dans les applications de traitement de l’eau, lorsqu’ils sont complètement recouverts de particules de MOF ou lorsqu’ils sont réticulés.
Parallèlement, les polymères stables dans l’eau, comme le PVDF, le PEO, le PU, le PS, sont assez souvent utilisés pour la synthèse de membranes contenant des MOF [4-6]. L’électrofilage de ces polymères et d’autres polymères stables à l’eau doit être étudié à l’avenir pour assurer la stabilité mécanique des filtres à base de MOF/ENF en vue d’une application dans l’élimination des colorants à l’échelle industrielle.
Les composites MOF/ENF surmontent les inconvénients de l’agglomération des poudres MOF. Ce sont des alternatives recyclables au charbon actif, dont les capacités d’adsorption ne diminuent que légèrement ou pas du tout après plusieurs cycles d’adsorption-désorption. Les composites MOF/ENF présentent un grand potentiel pour le traitement des eaux usées contaminées par des colorants à l’avenir.
[1] S. Velusamy, A. Roy, S. Sundaram, T. Kumar Mallick, A Review on Heavy Metal Ions and Containing Dyes Removal Through Graphene Oxide-Based Adsorption Strategies for Textile Wastewater Treatment. Chem Rec, https://doi.org/10.1002/tcr.202000153
[2] B. Lellis, C. Z. Fávaro-Polonio, J. A. Pamphile, J. C. Polonio, Effects of textile dyes on health and the environment and bioremediation potential of living organisms. https://doi.org/10.1016/j.biori.2019.09.001
[3] L. Jiao, J. Y. R. Seow, W. S. Skinner, Z. U. Wang, H.-L. Jiang, Metal–organic frameworks: Structures and functional applications. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2018.10.038
[4] M. Li, S. Cheng, J. Zhang, C. Huang, J. Gu, J. Han, X. Xu, X. Chen, P. Zhang, Y. You, Poly(vinylidene fluoride)-based composite membranes with continuous metal–organic framework layer for high-performance separators of lithium-ion batteries. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150709
[5] X. Liu, Q. Liang, L. Chen, J. Tang, J. Liu, M. Tang, Z. Wang, PEO-Based Solid-State Electrolytes Reinforced by High Strength, Interconnected MOF Networks. https://doi.org/10.1021/acsaem.3c00371
[6] M. Li, L. Zhang, X. Wang, X. Zhang, T. Wang, F. Fan, Y. Fu, Fabrication of nanocomposite membrane based on post-synthetic modification of two-dimensional metal-organic framework nanosheet. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2022.110137