Incroyable les nanobots photoréactifs fonctionnent pour dépolluer les eaux des nanoplastiques

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Les nanoplastiques, de minuscules particules de plastique de moins de 200 nm, se répandent dans les écosystèmes aquatiques et terrestres. Leur petite taille les rend particulièrement dangereuses car elles peuvent traverser les barrières biologiques et s’accumuler dans les organismes vivants, avec des effets potentiellement délétères sur la santé humaine et animale. Malgré les progrès des technologies de traitement de l’eau, les méthodes actuelles montrent des limites significatives dans l’élimination efficace de ces particules.

Les limites des méthodes de traitement traditionnelles

Les méthodes traditionnelles de traitement des eaux usées, bien qu’efficaces contre de nombreux types de polluants, se heurtent à des défis significatifs lorsqu’il s’agit de capturer et d’éliminer les nanoplastiques. Ces particules extrêmement petites, souvent de moins de 200 nanomètres, échappent régulièrement aux filets des systèmes de filtration classiques. Par exemple, les techniques de coagulation, qui fonctionnent bien pour agglomérer des particules plus grandes, sont souvent inefficaces contre les nanoplastiques en raison de leur faible masse et de leur tendance à rester en suspension. De même, les méthodes basées sur la filtration membranaire, malgré leur haute précision, sont confrontées au problème de colmatage rapide des pores, surtout quand les particules sont à l’échelle nanométrique. Ce colmatage entraîne une réduction de l’efficacité du filtrage et une augmentation des coûts d’entretien et d’opération à long terme. En outre, la stabilité chimique des nanoplastiques rend leur dégradation par des processus biologiques ou chimiques traditionnels particulièrement difficile, limitant ainsi l’efficacité des approches conventionnelles. Ces limites exposent non seulement les écosystèmes aquatiques à des risques accrus de pollution par les plastiques, mais compromettent également la sécurité de l’eau potable, soulignant la nécessité urgente de développer des solutions de traitement plus adaptées et efficaces.

Innovation : Les nanobots auto-propulsés sensibles à la lumière

Cet article publié dans Water Research présente une nouvelle approche utilisant des nanobots photoréactifs à base de framework métallo-organique (MOF), qui peuvent se déplacer de manière autonome et capturer les nanoplastiques sous irradiation lumineuse visible. Ces nanobots, composés principalement d’hexacyanoferrate de fer, utilisent la lumière comme source d’énergie pour induire des mouvements et capturer les nanoplastiques par des interactions électrostatiques, augmentant leur taille pour faciliter l’élimination.

Mécanisme d’action des nanobots

Le mécanisme sous-jacent repose sur le transfert de charge intervalentiel dans la structure du nanobot, ce qui induit une bipolarité à la surface des nanobots. Cette bipolarité permet une interaction efficace avec les nanoplastiques chargés négativement, entraînant leur agglomération et une capture significativement améliorée. Ce processus permet non seulement d’attraper les nanoplastiques “en vol”, mais aussi de les agréger en structures plus grandes facilement filtrables.

Mécanisme d'action des nanobots

Résultats expérimentaux et implications

Les résultats obtenus avec les nanobots photoréactifs dans la lutte contre la pollution par les nanoplastiques sont non seulement prometteurs, mais révolutionnaires. L’efficacité de ces nanobots dans la capture et l’élimination des nanoplastiques dépasse largement celle des méthodes traditionnelles. Ils affichent une capacité d’adsorption remarquable de 3060 mg/g et une constante de vitesse de 0.69 min^-1, surpassant ainsi les matériaux de séparation traditionnels et les approches existantes. Ces performances élevées suggèrent que les nanobots peuvent être déployés efficacement dans des conditions réelles pour traiter les eaux contaminées par des particules de plastique extrêmement petites, qui étaient jusqu’à présent difficiles à capturer.

La structure unique des nanobots, capable de se déplacer de manière autonome sous l’effet de la lumière visible, permet une interaction directe et dynamique avec les nanoplastiques. Cette capacité à induire des mouvements autonome sans besoin d’apport énergétique externe réduit les coûts opérationnels et augmente l’efficacité du processus de traitement. De plus, les complexes formés par les nanobots et les nanoplastiques ont une stabilité structurelle accrue, facilitant ainsi leur récupération et réduisant le risque de libération secondaire de plastique dans l’environnement.

En outre, l’approche utilisant des nanobots ouvre des perspectives pour des applications environnementales plus larges, telles que le traitement des eaux de surface et des eaux souterraines, où la présence de nanoplastiques est souvent sous-estimée et où les techniques conventionnelles montrent leurs limites. L’adaptabilité de cette technologie aux différents contextes aquatiques pourrait donc marquer un tournant décisif dans la gestion de la pollution par les plastiques à l’échelle mondiale.

Cette avancée représente une percée significative dans la gestion des pollutions par nanoplastiques, offrant une méthode potentiellement durable et efficace pour nettoyer les eaux contaminées. En exploitant la lumière visible, une ressource abondante et non polluante, ces nanobots pourraient révolutionner le traitement des eaux, offrant une solution adaptée aux défis écologiques contemporains.

Source de l'article : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135423009831?via%3Dihub

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Eric GARLETTI
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