Traitement photo-Fenton de nouvelle génération utilisant MIL-100(Fe) synthétisé par une voie verte pour la réhabilitation durable des eaux usées pharmaceutiques

Pourquoi il est important de nettoyer les eaux contaminées par des médicaments

Beaucoup d’entre nous prennent des analgésiques comme le paracétamol (aussi appelé acétaminophène) sans y penser. Après que notre corps a utilisé ce dont il a besoin, le reste est évacué et finit par atteindre les rivières, les lacs et parfois les ressources en eau potable. Comme ces molécules pharmaceutiques sont difficiles à dégrader, elles peuvent nuire à la vie aquatique et présenter des risques à long terme pour la santé humaine. Cette étude explore une méthode nouvelle et plus verte pour éliminer le paracétamol des eaux usées en utilisant un matériau poreux spécialement conçu et une chimie activée par la lumière, visant une eau plus propre sans coûts énergétiques ou chimiques élevés.

Un nouveau « éponge » pour polluants tenaces

Les chercheurs se sont concentrés sur une famille de matériaux appelés cadres métal–organiques, qui ressemblent à des éponges ultra-poreuses construites à partir d’agrégats métalliques et de ligands organiques. Ils ont utilisé une version bien connue à base de fer, MIL-100(Fe), et ont créé une forme modifiée nommée RTG-MIL-100(Fe). Contrairement à de nombreux matériaux avancés nécessitant des températures élevées et des solvants toxiques pour leur synthèse, celui-ci a été produit à température ambiante, sans solvant, via une simple étape de broyage assistée par l’iodure de potassium ordinaire (un sel courant). Le résultat est un matériau plus facile et plus écologique à fabriquer tout en conservant de nombreux pores et des sites ferriques réactifs adaptés au traitement des eaux contaminées.

Comment la lumière et le peroxyde font équipe pour détruire les résidus médicamenteux

Pour éliminer le paracétamol, l’équipe a combiné leur nouveau matériau avec du peroxyde d’hydrogène et de la lumière ultraviolette (UV) dans un procédé connu sous le nom de réaction photo-Fenton. Dans ce système, le fer contenu dans le matériau alterne entre deux états d’oxydation, aidant le peroxyde à générer des espèces très réactives et à courte durée de vie qui fragmentent les molécules polluantes jusqu’au dioxyde de carbone et à l’eau. L’iodure de potassium joue un rôle d’appoint crucial : les ions iodure favorisent la conversion d’une plus grande fraction du fer vers sa forme la plus active et produisent des intermédiaires réactifs supplémentaires sous l’effet de la lumière, maintenant un cycle rapide. Les essais ont montré que, dans des conditions soigneusement choisies, presque tout le paracétamol présent dans l’eau — environ 99,6 % — peut être éliminé en deux heures à température ambiante.

Trouver le point optimal pour une application réelle

Parce que les installations de traitement pratiques doivent fonctionner de manière fiable, les chercheurs ont réglé systématiquement les conditions de fonctionnement. Ils ont constaté que le procédé fonctionne mieux au pH légèrement acide naturel de l’eau, autour de 5,5, évitant ainsi des ajustements coûteux du pH. Un équilibre optimal entre la quantité de catalyseur et la dose de peroxyde d’hydrogène était essentiel : trop peu et l’eau reste polluée, trop et l’excès de peroxyde « anéantit » en réalité les espèces réactives utiles. Le système a bien traité des concentrations réalistes de paracétamol, en particulier à des niveaux faibles à modérés, et a suivi un comportement cinétique de premier ordre prévisible, ce qui signifie que la vitesse de purification varie de manière simple avec la concentration du polluant. Un léger chauffage n’apportait guère d’avantage, soulignant que le procédé est déjà efficace à température ambiante.

Rester performant malgré les réutilisations

Pour qu’une technologie de traitement soit durable, le matériau de purification doit durer. Le catalyseur RTG-MIL-100(Fe) a été utilisé à plusieurs reprises sur plusieurs cycles avec seulement une baisse modérée des performances, indiquant que sa structure reste en grande partie intacte. Les mesures du fer dissous dans l’eau traitée ont montré qu’une faible fraction du métal a été lessivée, bien en dessous de nombreux systèmes comparables et dans les limites usuelles des rejets industriels. Par rapport à des catalyseurs à base de cadres ferriques antérieurs pour d’autres médicaments, ce matériau se distingue en atteignant une quasi-élimination complète à des doses plus faibles, dans des conditions plus douces et sans sources lumineuses sophistiquées, ce qui le rend plus réaliste pour une montée en échelle.

Ce que cela signifie pour une eau plus sûre

En termes simples, ce travail démontre une voie prometteuse pour transformer une poudre finement conçue, un désinfectant courant (le peroxyde d’hydrogène) et la lumière UV en un outil de purification de l’eau puissant mais relativement doux. En utilisant astucieusement l’iodure pour stimuler l’activité d’un cadre poreux à base de fer, les chercheurs ont créé un catalyseur capable de détruire presque complètement le paracétamol dans les eaux usées dans des conditions proches du naturel. Grâce à sa synthèse verte, ses bonnes performances et sa stabilité, le matériau RTG-MIL-100(Fe) pourrait aider les futures stations de traitement à éliminer les médicaments persistants des effluents hospitaliers et industriels, offrant une étape pratique vers des ressources en eau plus sûres et plus durables.

Citation: Abou-Elyazed, A.S., Genena, E.E., El-Sayed, I.E.T. et al. Next-generation photo-Fenton treatment using MIL-100(Fe) synthesized through a green route for sustainable remediation of pharmaceutical wastewater. Sci Rep 16, 7837 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38975-w

Mots-clés: eaux usées pharmaceutiques, élimination du paracétamol, catalyseur photo-Fenton, cadres métal-organiques, oxydation avancée