Exploration d’une membrane de fibres composites chanvre/polyacrylonitrile par électrofilage et capacités d’adsorption des colorants

Transformer l’eau chargée de colorant en ressource plus propre

Les vêtements apportent de la couleur à nos vies, mais les colorants utilisés pour obtenir des tissus vifs laissent souvent derrière eux des eaux très polluées et de l’air poussiéreux dans les usines. Cette étude explore un nouveau type de filtre fin, semblable à un textile, composé de chanvre et d’un plastique industriel courant, capable à la fois d’assainir les eaux usées chargées en colorant et de piéger de fines particules en suspension dans l’air. Parce qu’il utilise une matière végétale renouvelable et une méthode de fabrication relativement simple, il ouvre la voie à des moyens plus durables de gérer la pollution issue de l’industrie textile.

Pourquoi les colorants textiles sont difficiles à éliminer

Les eaux usées des filatures forment un cocktail difficile : elles peuvent être chaudes, fortement colorées et riches en composés peu dégradables. Un colorant largement utilisé, le bleu de méthylène, est particulièrement tenace et peut nuire à la santé humaine s’il atteint les rivières ou les eaux potables. Les méthodes de traitement traditionnelles peuvent être complexes ou coûteuses. Les filtres par adsorption — des matériaux qui captent et retiennent les polluants à leur surface — sont attrayants parce qu’ils sont faciles à exploiter et peuvent être intégrés aux installations existantes. Les auteurs ont cherché à concevoir un filtre non seulement efficace pour capturer les colorants, mais aussi fabriqué à partir d’ingrédients plus verts et utile pour plusieurs types de pollution.

Construire un filtre high-tech à base de plante

Les chercheurs ont combiné le chanvre, une culture agricole à croissance rapide riche en cellulose, avec le polyacrylonitrile, un polymère résistant et stable déjà courant dans le textile. Ils ont d’abord prétraité et dissous les fibres de chanvre dans un solvant salin pour obtenir une solution lisse de cellulose. Cette solution de chanvre a été ensuite mélangée à une solution de polyacrylonitrile puis transformée en un tapis de fils ultra‑fins par électrofilage — un procédé où un champ électrique à haute tension étire des fibres à l’échelle nanométrique. En ajustant avec soin des paramètres tels que la teneur en chanvre, la tension de filage, la distance au collecteur et la vitesse d’alimentation du liquide, ils ont produit des membranes à fibres lisses, uniformes et peu défectueuses. La microscopie et des essais mécaniques ont montré que les réglages optimaux créaient une feuille mince et flexible aux fibres bien alignées et à la bonne résistance.

Comment la nouvelle membrane capte les colorants et la poussière

Une fois le filtre fabriqué, l’équipe a examiné comment sa structure et sa chimie favorisent l’assainissement. Des essais de mouillage ont montré que la membrane contenant du chanvre est très hydrophile : les gouttes d’eau y sont absorbées en moins de deux secondes, signe que les solutions colorées peuvent y pénétrer rapidement. Les mesures de la structure des pores ont révélé qu’ajouter du chanvre augmentait la porosité globale par rapport aux membranes en plastique pur, créant un réseau de canaux permettant à l’eau et au colorant dissous d’atteindre de nombreux sites internes. Des analyses chimiques ont confirmé que les groupes naturels du chanvre et les groupes azotés du plastique sont bien mélangés et interagissent fortement, plutôt que de rester simplement côte à côte. Ce mélange intime améliore la stabilité et crée davantage de sites actifs où les molécules de colorant peuvent se fixer. Dans des essais de filtration d’air, la même membrane a éliminé 99,97 % des particules fines, reliant sa forte porosité et ses fibres uniformes à une excellente capacité de capture des poussières.

Examiner en détail le pouvoir nettoyant

Les auteurs ont ensuite testé l’efficacité de la membrane sur des eaux usées simulées contenant du colorant et déterminé les conditions optimales. Ils ont fait varier la concentration en colorant, la température, le temps de contact, le pH (acidité) et la teneur en chanvre, et utilisé des outils statistiques pour identifier la combinaison la plus efficiente. Environ 10 % de chanvre, une température modérément chaude proche de 40–45 °C, une eau légèrement alcaline et un temps de contact suffisant ont permis d’atteindre un taux d’élimination du colorant d’environ 95 %. En ajustant les données sur des modèles standards, ils ont déduit que les molécules de colorant pénètrent d’abord rapidement dans les pores, puis se lient plus lentement et de façon plus forte aux surfaces des fibres. Ce comportement correspond à un schéma typique d’« adsorption chimique », où le colorant forme des interactions spécifiques — comme des liaisons hydrogène et des attractions électrostatiques entre charges positives et négatives — avec des groupes présents sur le chanvre et le polymère. Le processus s’est avéré spontané et légèrement favorisé à des températures plus élevées, et la capacité maximale de la membrane a atteint environ 76 milligrammes de colorant par gramme de matériau, un niveau compétitif voire supérieur à plusieurs filtres similaires rapportés précédemment.

Que signifie cela pour une production textile plus propre

Dans l’ensemble, l’étude montre qu’une feuille mince composée de chanvre et d’un polymère industriel peut agir comme un filtre à double usage, éliminant efficacement à la fois un colorant tenace dans l’eau et de fines particules dans l’air. Pour un non‑spécialiste, le message clé est que combiner une ressource végétale renouvelable avec un matériau synthétique robuste, et les structurer en un tapis nanofibreux poreux, crée un outil puissant et simple pour le contrôle de la pollution. Bien que les essais présentés aient utilisé un seul colorant dans des conditions contrôlées, l’approche offre une voie prometteuse vers des systèmes de traitement plus durables dans des usines textiles réelles, où un matériau de filtration pourrait contribuer à traiter plusieurs types de déchets simultanément.

Citation: Sun, Y., Wang, J., Kong, W. et al. Exploration of electrospinning hemp/polyacrylonitrile composite fiber membrane and dye adsorption capabilities. Sci Rep 16, 7960 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-33369-w

Mots-clés: eaux usées textiles, élimination des colorants, nanofibres de chanvre, filtration de l’air et de l’eau, matériaux durables