Adsorption efficace du perfluorooctane sulfonate et de l’acide perfluorobutane sulfonique depuis une solution aqueuse sur des granules de diatomite fonctionnalisés par des amines

Pourquoi les produits chimiques persistants dans l’eau comptent

De nombreux produits du quotidien — des poêles antiadhésives et boîtes à emporter aux mousses anti-incendie — laissent derrière eux une classe de composés industriels souvent appelés « produits chimiques permanents ». Ces substances, connues sous le sigle PFAS, ne se décomposent pas facilement dans la nature et peuvent s’accumuler dans nos organismes, où elles ont été associées au cancer, à des problèmes immunitaires et à des troubles du développement. L’étude résumée ici explore un matériau filtrant simple et peu coûteux, fabriqué à partir d’algues fossilisées, capable d’extraire efficacement deux PFAS courants de l’eau et d’être réutilisé de nombreuses fois.

Une nouvelle variante d’un filtre naturel

Les chercheurs se sont intéressés à la terre de diatomée, une poudre formée par les coquilles fossilisées d’algues microscopiques. En soi, ce matériau est bon marché, abondant, poreux et déjà utilisé dans certains filtres, mais il n’attrape pas les PFAS avec suffisamment de force. Pour améliorer ses performances, l’équipe a transformé la poudre en petits granules et a recouvert leurs surfaces d’une molécule contenant des groupes riches en azote pouvant porter des charges positives. Ces granules traités, appelés APTES-DE, offrent de nombreux sites actifs susceptibles d’attirer les têtes chargées négativement des molécules de PFAS tout en préservant la structure poreuse qui permet à l’eau de circuler.

Mettre les granules à l’épreuve

Les scientifiques ont examiné les granules modifiés avec plusieurs outils d’imagerie et d’analyse de surface pour confirmer la présence du nouveau revêtement et vérifier que les pores internes restaient accessibles. Ils ont ensuite testé l’aptitude de l’APTES-DE à éliminer deux composés PFAS largement détectés dans l’eau : le PFOS, qui possède une chaîne fluorée plus longue, et le PFBS, une version plus courte. Dans des expériences en lot avec agitation, les granules ont éliminé jusqu’à environ 92 % du PFOS et 90 % du PFBS dans des conditions optimisées. Les données ont montré que les PFAS formaient plusieurs couches sur la surface irrégulière plutôt qu’un revêtement unique et uniforme, cohérent avec un paysage hétérogène de sites à affinités fortes et faibles sur chaque grain.

Comment fonctionne le processus d’élimination

En variant le temps de contact, la concentration, l’acidité de l’eau et les conditions d’écoulement, l’équipe a identifié les forces principales à l’origine de la capture des PFAS. À pH faiblement acide à neutre, les groupes azotés sur les granules deviennent positivement chargés, attirant les têtes négativement chargées des PFAS par attraction électrostatique. Parallèlement, les queues fluorées hydrophobes des PFAS sont attirées par le microenvironnement relativement moins aqueux à la surface des granules, ajoutant une « adhérence » hydrophobe. Des liaisons hydrogène entre les PFAS et des groupes de surface sur la silice stabilisent encore ces attaches. Ensemble, ces forces créent une prise forte et coopérative, en particulier sur les PFAS à chaîne plus longue, qui présentent une surface hydrophobe plus importante pour s’accrocher aux granules.

Du bécher de laboratoire aux colonnes en flux

Comme les stations de traitement réelles utilisent un écoulement continu plutôt que des cuves statiques, les chercheurs ont empaqueté les granules d’APTES-DE dans des colonnes transparentes et y ont fait circuler de l’eau contaminée par des PFAS. Des lits de granules plus hauts retiennent les PFAS plus longtemps, retardant le moment où les polluants commencent à apparaître à la sortie et améliorant l’élimination globale. Des débits plus lents ont également amélioré les performances en donnant plus de temps aux PFAS pour atteindre et se lier aux surfaces des granules. Tout au long de ces essais, le PFOS s’est systématiquement attaché plus fortement et a percé plus tard que le PFBS, soulignant comment la longueur de chaîne influence la capture dans des systèmes pratiques.

Réutiliser le filtre encore et encore

Pour qu’un filtre soit utile à grande échelle, il doit pouvoir être nettoyé et réutilisé sans perdre beaucoup de capacité. Ici, les granules APTES-DE saturés ont été rincés avec un mélange d’alcool et d’une solution alcaline douce, ce qui a détaché les PFAS et les a évacués. Après cinq cycles d’adsorption et de régénération, les granules ont conservé plus de 95 % de leur capacité initiale pour le PFOS et environ 96 % pour le PFBS, montrant seulement de faibles déclins. Cette durabilité, combinée à des efficacités d’élimination élevées et à l’utilisation d’un matériau naturel abondant en tant que matière première, suggère que la terre de diatomée modifiée par des amines pourrait devenir une option pratique et plus durable pour éliminer les PFAS tenaces des eaux contaminées.

Citation: Bano, A., Prasad, B., Dave, H. et al. Efficient adsorption of perfluorooctane sulfonate and perfluorobutane sulfonic acid from aqueous solution onto amine-functionalized diatomite granules. Sci Rep 16, 10368 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41388-4

Mots-clés: élimination des PFAS, purification de l’eau, terre de diatomée, adsorption, produits chimiques permanents