Composite MIL-101(Cr) assemblé in situ fonctionnalisé par la chitosane et l’acide tannique comme adsorbant efficace pour l’élimination de Pb2+ des solutions aqueuses

Pourquoi il est important d’éliminer le plomb de l’eau

Le plomb est une menace cachée dans de nombreuses réserves d’eau à travers le monde. Il peut s’infiltrer dans les rivières et les nappes phréatiques à partir d’usines, de mines et de canalisations anciennes, et même de très petites quantités peuvent nuire au cerveau, au cœur et aux reins — en particulier chez les enfants. Cette étude explore un nouveau matériau qui agit comme une éponge microscopique, extrayant le plomb de l’eau de manière efficace, fiable et réutilisable à plusieurs reprises, offrant une option prometteuse pour une eau potable plus sûre et des écosystèmes plus propres.

Une nouvelle sorte d’éponge intelligente

Les chercheurs ont conçu un matériau hybride qui combine des ingrédients de la chimie de laboratoire et de la nature. Sa charpente est un cristal hautement poreux appelé MIL-101(Cr), truffé de petites cages et tunnels offrant une très grande surface interne. Sur ce réseau, ils ont assemblé deux auxiliaires d’origine végétale et coquillère : la chitosane, un biopolymère obtenu à partir de carapaces de crustacés, et l’acide tannique, un composé naturel riche en groupes chimiques capables de capter les métaux. En laissant ces composants se former ensemble directement en milieu aqueux, ils ont créé un réseau imbriqué où le cadre cristallin fournit la structure et l’espace, tandis que la chitosane et l’acide tannique apportent de nombreux sites adhésifs pour piéger le plomb.

Comment le matériau est fabriqué et à quoi il ressemble

Pour construire ce composite, l’équipe a d’abord fait croître les cristaux poreux de MIL-101(Cr) dans de l’eau chaude, puis a préparé un mélange homogène de chitosane et d’acide tannique. Ils ont lentement combiné les deux de sorte que le mélange biopolymère enveloppe et s’ancre sur les particules cristallines. Les microscopes ont révélé que le matériau final se compose des cristaux bien formés d’origine emprisonnés dans un enrobage mince et rugueux des polymères naturels, sans effondrement ni agglomération des cristaux. D’autres tests ont montré que le composite conserve une très grande surface — presque neuf terrains de football par gramme — et présente à la fois des pores très petits et des pores de taille plus importante. Cette structure à double porosité aide l’eau et le plomb dissous à pénétrer profondément dans le matériau tout en offrant de nombreux recoins internes pour la capture.

Quelle est son efficacité pour éliminer le plomb de l’eau

L’équipe a ensuite testé l’efficacité de leur composite pour extraire le plomb de l’eau dans différentes conditions. Ils ont constaté qu’il peut adsorber plus de 300 milligrammes de plomb par gramme de matériau et éliminer environ 99 % du plomb des solutions expérimentales lorsque l’eau est faiblement acide à neutre, ce qui correspond à de nombreuses eaux naturelles. La majeure partie du plomb est captée au cours des premières heures. Des modèles mathématiques décrivant l’adsorption conviennent mieux aux données lorsqu’ils supposent que le plomb forme une couche unique et ordonnée sur le composite et que la liaison implique des interactions relativement fortes, presque de type serrure-clé, plutôt que de simples attractions faibles. Le processus fonctionne légèrement mieux à des températures plus élevées, ce qui suggère qu’un apport modéré de chaleur facilite le déplacement des ions plomb à l’intérieur des pores et leur fixation.

Performance dans des eaux mixtes réalistes

Les eaux usées réelles sont rarement pures ; elles contiennent de nombreux autres sels et substances organiques qui peuvent entrer en compétition pour les mêmes sites de liaison. Les chercheurs ont donc ajouté d’autres ions courants et des molécules colorantes un par un pour vérifier s’ils gênaient la capture du plomb. Certains métaux positifs et colorants ont en effet réduit les performances en entrant en compétition pour les mêmes sites chargés négativement à la surface du matériau, mais même dans ces conditions plus encombrées, le composite a tout de même capté la majeure partie du plomb. Fait important, le matériau a résisté à des cycles répétés de régénération : après avoir adsorbé le plomb, il pouvait être rincé dans un bain d’acide doux pour relâcher le métal piégé puis réutilisé. Après six cycles, il éliminait encore environ 90 % du plomb par rapport à la première utilisation, et seule une très faible quantité de chrome s’est diffusée, indiquant que la charpente reste largement intacte.

Ce que cela signifie pour une eau plus sûre

En bref, ce nouveau composite fonctionne comme une éponge durable et réutilisable particulièrement efficace pour fixer le plomb dans l’eau. Sa structure interne complexe lui offre de nombreux emplacements pour retenir le contaminant, tandis que les composants naturels attirent et lient fortement le plomb. Parce qu’il combine une forte capacité, une action rapide et une grande stabilité à long terme, et parce qu’il est fabriqué en milieu aqueux à partir d’ingrédients relativement bénins, ce matériau apparaît comme un candidat prometteur pour le polissage des eaux contaminées dans les stations de traitement ou d’autres systèmes conçus. Bien que des tests supplémentaires sur des eaux usées réelles et dans des installations à flux continu soient encore nécessaires, ce travail ouvre la voie à des outils pratiques et écologiques qui pourraient aider les communautés à réduire l’exposition à l’un des métaux lourds les plus dangereux.

Citation: Hemdan, M., Fayad, E., Binjawhar, D.N. et al. In situ assembled MIL-101(Cr) composite functionalized with chitosan and tannic acid as an efficient adsorbent for Pb²⁺ removal from aqueous solutions. Sci Rep 16, 9960 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45525-x

Mots-clés: élimination du plomb, purification de l’eau, matériaux adsorbants, cadres métal-organiques, composites à base de chitosane