Extraction du thorium à partir d'un système aqueux à l'aide de grillot de maïs modifié à l'acide citrique : caractérisation, cinétique, thermodynamique et mécanisme d'adsorption

Transformer les déchets agricoles en purificateur d'eau

Le thorium est un métal radioactif utilisé dans les industries de pointe et la recherche nucléaire, mais lorsqu'il se retrouve dans l'eau, il pose un risque environnemental et sanitaire. Parallèlement, d'immenses tas de grillots de maïs sont brûlés ou jetés après la récolte, contribuant à la pollution. Cette étude explore une manière élégante de s'attaquer simultanément aux deux problèmes : utiliser une chimie simple pour transformer les grillots de maïs résiduels en un matériau peu coûteux capable d'extraire le thorium de l'eau avec une grande efficacité.

Pourquoi la présence de thorium dans l'eau importe

Le thorium se trouve naturellement dans les roches et les minéraux et a des usages variés, des alliages avancés à la médecine nucléaire. Son extraction et son traitement peuvent cependant générer des effluents liquides contenant du thorium et d'autres métaux. Les méthodes de traitement classiques reposent souvent sur des matériaux synthétiques coûteux ou des procédés complexes. L'idée de ce travail est de remplacer ces matériaux par un « biosorbant » fabriqué à partir de déchets agricoles, offrant une solution moins chère et plus durable pour capturer le thorium avant qu'il n'atteigne l'environnement.

Offrir une cure chimique aux grillots de maïs

Les chercheurs ont collecté des grillots de maïs abandonnés dans des exploitations agricoles égyptiennes et les ont broyés en une poudre fine. Ils ont ensuite trempé cette poudre dans une solution tiède d'acide citrique — le même acide doux que l'on trouve dans les citrons — puis chauffé pour déclencher une réaction. Ce traitement a reconfiguré la surface des particules de grillot de maïs, ajoutant de nombreux groupes riches en oxygène capables de se lier aux ions métalliques. La microscopie et les analyses de surface ont montré que le matériau traité, appelé grillot de maïs modifié, devenait beaucoup plus rugueux et poreux, avec près de sept fois la surface spécifique du grillot brut, offrant ainsi bien plus de sites d'accrochage pour le thorium.

À quel point le nouveau matériau capte le thorium

Pour évaluer les performances, l'équipe a mélangé de petites quantités de grillot de maïs modifié avec de l'eau contenant du thorium dissous dans différentes conditions. Ils ont constaté que l'acidité était cruciale : à un pH légèrement acide d'environ 4, les particules à base de maïs portaient une charge négative et attiraient fortement les ions thorium chargés positivement. Dans ces conditions, le matériau a éliminé environ 90 % du thorium en seulement 25 minutes en n'utilisant qu'un gramme par litre d'eau. Des expériences sur une gamme de concentrations de thorium ont montré que la surface se remplissait de manière ordonnée en une seule couche, et des calculs ont indiqué une capacité maximale élevée d'environ 200 milligrammes de thorium par gramme d'adsorbant — une performance comparable voire supérieure à celle de nombreux autres matériaux naturels rapportés.

Que se passe-t-il au niveau microscopique

Des outils spectroscopiques avancés ont permis d'éclairer le processus de liaison. Les groupes carboxyle et hydroxyle ajoutés au grillot de maïs modifié ont vu leurs signatures électroniques se décaler une fois le thorium fixé, preuve qu'ils forment de véritables liaisons chimiques plutôt que de simplement retenir les ions de façon lâche à la surface. L'évolution de la capture au cours du temps correspondait à un modèle cinétique généralement associé à la chimisorption, ce qui signifie que le thorium est capturé par des interactions spécifiques et relativement fortes. L'analyse thermodynamique a montré que le processus est spontané et favorise légèrement des températures plus élevées, suggérant qu'un léger réchauffement peut améliorer encore l'élimination.

Utiliser, libérer et réutiliser le filtre à base de maïs

Pour toute technologie de dépollution opérationnelle, la possibilité de récupérer à la fois le polluant et le matériau filtrant est essentielle. Ici, la poudre de grillot de maïs chargée en thorium a été rincée avec une solution diluée d'acide nitrique, qui a libéré environ 94 % du thorium capturé sous forme liquide pour une récupération potentielle. Le même lot de grillot de maïs modifié a ensuite été réutilisé plusieurs fois dans de nouvelles solutions de thorium. Même après cinq cycles adsorption–désorption, il éliminait encore plus de 80 % du thorium, montrant que le matériau est robuste et peut être recyclé sans perte de performance majeure.

Du déchet de la récolte à une ressource utile

En termes simples, l'étude montre qu'un sous-produit agricole bon marché et abondant peut être transformé en une « éponge » efficace pour un métal radioactif dans l'eau en utilisant un acide alimentaire courant. Les grillots de maïs traités captent le thorium rapidement et fortement, fonctionnent bien en conditions faiblement acides et peuvent être régénérés par un lavage acide doux, ce qui en fait une solution prometteuse pour le traitement des effluents industriels ou miniers. Cette approche transforme ce qui était autrefois une source de fumée et de déchets en un outil pratique pour protéger les ressources en eau tout en permettant une récupération plus sûre du thorium de valeur.

Citation: Attia, R.M. Extraction of thorium from aqueous system using citric acid modified corn cob: characterization, kinetics, thermodynamics and adsorption mechanism. Sci Rep 16, 14636 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47530-6

Mots-clés: élimination du thorium, adsorbant à base de grillot de maïs, traitement des eaux usées, biosorption, modification à l'acide citrique