Synthèse verte de MOF amorphes à base de Ce en tant qu'adsorbants efficaces pour l'élimination de l'antibiotique ofloxacine

Pourquoi il est important d'épurer l'eau contaminée par des médicaments

Des traces d'antibiotiques apparaissent désormais de façon récurrente dans les rivières, les lacs et même l'eau potable, principalement parce que les médicaments pris par les humains et les animaux ne sont pas totalement dégradés dans l'organisme. Un médicament largement utilisé, l'antibiotique ofloxacine, peut persister dans l'environnement, nuire potentiellement à la vie aquatique et favoriser l'apparition de résistances aux antibiotiques. Cette étude examine un nouveau matériau respectueux de l'environnement capable d'adsorber efficacement l'ofloxacine dans l'eau, tout en étant plus simple et plus vert à fabriquer que de nombreuses solutions existantes.

Construire de petites éponges à partir d'éléments métalliques et organiques

Les matériaux au cœur de ce travail sont appelés structures métal–organiques, ou MOF. Ils sont construits comme des échafaudages à partir d'atomes métalliques reliés par des molécules organiques, créant une surface interne immense et de minuscules pores où les polluants peuvent être piégés. Classiquement, les MOF sont des cristaux ordonnés élaborés en utilisant des solvants organiques et de la chaleur. Ici, les chercheurs se sont concentrés sur des MOF « amorphes » à base de cérium — des structures dépourvues d'ordre à longue distance mais qui conservent néanmoins les liaisons métal–organiques essentielles. Les versions amorphes peuvent être plus faciles à produire à grande échelle, plus robustes mécaniquement et riches en défauts qui servent de sites d'ancrage supplémentaires pour les polluants.

Une recette verte n'utilisant que de l'eau

Pour préparer ces MOF amorphes au cérium, l'équipe a développé une méthode à température ambiante qui utilise l'eau comme seul solvant, tant pour la formation que pour l'activation du matériau. Ils ont mélangé un sel de cérium avec un ligand organique dans de l'eau contenant un sel aidant à la formation du cadre. En ajustant la gestion des particules de ligand non dissoutes et les liquides utilisés lors des lavages, ils ont créé plusieurs variantes présentant des tailles de pores et des surfaces spécifiques différentes. L'une des astuces clés a été de filtrer les particules de ligand non dissoutes pour empêcher qu'elles n'obstruent les pores. Des tests par diffraction des rayons X et spectroscopie infrarouge ont confirmé que les produits étaient bien amorphes tout en conservant les blocs chimiques de base présents chez leurs homologues cristallins.

Quelle efficacité des nouvelles éponges pour capturer l'ofloxacine

Les chercheurs ont ensuite testé chaque MOF amorphe comme adsorbant — un matériau capable de capter des molécules dans l'eau — en utilisant l'ofloxacine comme polluant modèle. Des mesures d'adsorption d'azote ont montré que les particules possédaient des mésopores, des pores suffisamment grands pour que les molécules d'ofloxacine puissent y pénétrer et se déplacer. Parmi les différents échantillons, l'un identifié Ce-MOF-A-2 a trouvé le meilleur compromis entre taille de pore et surface spécifique. Dans des conditions favorables proches de la température ambiante et d'un pH proche de celui de l'eau neutre, il a adsorbé de l'ofloxacine jusqu'à une capacité expérimentale d'environ 139 milligrammes par gramme de matériau. L'analyse de la cinétique et de l'affinité d'adsorption a suggéré la formation d'une couche uniforme de molécules à la surface et à l'intérieur des pores, le processus étant principalement contrôlé par des interactions chimiques plutôt que par un simple piégeage physique. Fait notable, la capacité maximale calculée à partir des données dépassait légèrement celle d'un MOF cristallin comparable et était plus de deux fois supérieure à celle d'une référence courante : le charbon actif.

Ce qui contrôle la capture et la libération

Pour simuler des conditions réelles d'eaux usées, l'équipe a étudié l'influence du pH, des sels dissous et de la température sur les performances. Le matériau fonctionnait mieux près d'un pH neutre, où l'ofloxacine existe sous une forme partiellement chargée et la surface du MOF porte une faible charge négative. Dans ces circonstances, plusieurs forces coopèrent : attraction électrostatique légère, liaisons hydrogène, empilement entre parties cycliques du médicament et le réseau organique, et simple remplissage des pores. L'ajout de sel commun a encore amélioré l'élimination en rendant la présence de l'ofloxacine dans l'eau moins favorable, la poussant vers le MOF. Des températures plus élevées ont également augmenté l'adsorption, indiquant que le processus bénéficie d'un apport d'énergie thermique. Le matériau pouvait être réutilisé plusieurs fois après lavage, avec une certaine perte de capacité due à des molécules de médicament restées coincées dans les pores, mais sa structure globale et sa stabilité thermique restaient en grande partie intactes.

Ce que cela signifie pour une eau plus sûre

En termes simples, l'étude montre qu'il est possible de fabriquer des « éponges moléculaires » très efficaces pour la pollution par les antibiotiques en utilisant un procédé simple, à base d'eau et à température ambiante. Le MOF amorphe au cérium le plus performant a capturé plus d'ofloxacine que de nombreux MOF cristallins et bien davantage que le charbon actif, tout en restant stable et partiellement réutilisable. Comme la méthode repose sur des ingrédients peu nocifs et évite des conditions agressives, elle ouvre la voie à une production rentable de filtres avancés pouvant être intégrés dans des colonnes ou cartouches de traitement. Si elle est montée en échelle, cette approche verte pour fabriquer des MOF amorphes pourrait devenir un outil puissant pour limiter la présence de résidus pharmaceutiques dans l'eau dont dépendent les humains et d'autres êtres vivants.

Citation: Molavi, H., Saeedi, S. & Ghorbani, A. Green synthesis of amorphous Ce-MOFs as efficient adsorbents towards Ofloxacin antibiotics. Sci Rep 16, 11322 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42188-6

Mots-clés: purification de l'eau, élimination des antibiotiques, structures métal-organiques, synthèse verte, ofloxacine