Élimination efficace du Basic Red 9 des eaux usées à l’aide d’oxydes métalliques céramiques contenant du carbone en tant que nouveaux nanohybrides

Pourquoi il est important de dépolluer l’eau colorée

Les colorants synthétiques vifs rendent nos vêtements, papiers et échantillons de laboratoire attractifs, mais une fois évacués dans les égouts ils deviennent une forme tenace de pollution de l’eau. Un de ces colorants, appelé basic red 9, peut persister dans les rivières et les nappes phréatiques, nuire à la vie aquatique et présenter des risques pour la santé humaine. Cette étude explore un nouveau type de matériau solide et très fin capable d’extraire efficacement ce colorant problématique de l’eau, offrant une voie pratique vers des ressources en eau plus propres et plus sûres.

Un colorant rouge tenace dans les eaux usées courantes

Le basic red 9 est largement utilisé dans le textile, le papier et les travaux de laboratoire, et seule une fraction reste incorporée dans le produit final. Le reste finit souvent dans les eaux usées, où sa couleur intense bloque la lumière du soleil, perturbe la photosynthèse des plantes aquatiques et peut interférer avec les cellules vivantes. De nombreuses options de traitement existantes — membranes, décantation chimique ou dégradation photochimique avancée — sont souvent coûteuses, génèrent des déchets supplémentaires ou peinent face à des eaux usées réelles et complexes. L’adsorption simple, où les polluants adhèrent à la surface d’un solide, est attirante parce qu’elle est facile à mettre en œuvre, ne nécessite pas d’équipements complexes et les solides peuvent parfois être régénérés. Le défi consiste à concevoir un solide capable de capturer beaucoup de colorant rapidement et de rester efficace en présence de sels et d’autres substances courantes dans l’eau réelle.

Concevoir de nouveaux nettoyants microscopiques à partir de céramique et de carbone

Les chercheurs ont créé deux matériaux apparentés en combinant des oxydes métalliques de strontium, cobalt et magnésium avec du carbone pour former ce qu’ils appellent des nanohybrides — des solides composés de plusieurs phases cristallines minuscules entremêlées. Ils ont utilisé un procédé sol–gel de Pechini, une méthode contrôlée de mélange de sels métalliques avec un agent organique puis de chauffage pour obtenir des particules fines et uniformes. Un recuit à 600 °C a produit un matériau, MSC600, à structure plus ouverte et de type allongé. Un chauffage à 800 °C a donné MSC800, présentant des grains plus compacts et presque sphériques et des domaines cristallins légèrement plus grands. Dans les deux cas, les solides finaux contenaient plusieurs phases céramiques plus du carbone, leur conférant une riche diversité de sites de surface où les molécules de colorant pouvaient s’accrocher.

Comment les nouveaux matériaux fixent le colorant

Lorsque l’équipe a testé ces nanohybrides dans des solutions de basic red 9, elle a constaté que l’élimination du colorant dépendait fortement de l’acidité de l’eau. En milieu acide, les surfaces solides portaient une charge positive, ce qui repoussait le colorant lui aussi chargé positivement et conduisait à une très mauvaise élimination. En milieu alcalin, les surfaces devenaient chargées négativement et attiraient fortement le colorant, en particulier pour MSC600, dont l’état de charge et la texture plus ouverte favorisaient l’adsorption. Des mesures infrarouges détaillées ont montré que plusieurs types d’interactions étaient en jeu : attraction électrostatique entre charges opposées, liaisons hydrogène, empilement entre les unités aromatiques du colorant et le carbone du solide, ainsi que liaison sur des sites métal–oxygène. Des mesures au gaz azote ont confirmé que les deux matériaux possédaient des pores larges et accessibles, MSC600 offrant une plus grande surface et un plus grand volume de pores, facilitant la diffusion des grosses molécules de colorant à l’intérieur et leur attachement.

Nettoyage rapide, puissant et réutilisable

Lors des tests de performance, les deux matériaux ont capturé des quantités importantes de basic red 9, dépassant largement la capacité rapportée pour des alternatives courantes telles que le charbon activé, le biochar ou les résidus agricoles. MSC600 a atteint un maximum d’environ 437 milligrammes de colorant par gramme de solide, tandis que MSC800 a atteint environ 313 milligrammes par gramme. L’adsorption s’est produite rapidement, se stabilisant en environ une heure pour MSC600 et un peu plus longtemps pour MSC800. L’analyse de l’évolution de la concentration du colorant dans le temps et avec la température a montré que le processus était de nature physique plutôt que chimique, se produisait de manière spontanée et dégageait de la chaleur. Fait important, le colorant pouvait être presque entièrement éliminé par un traitement acide, permettant de régénérer les solides plusieurs fois avec seulement une baisse modeste de performance. Ils ont également bien fonctionné dans des eaux usées de laboratoire réelles contenant un mélange de sels et d’autres ions, éliminant toujours la majeure partie du colorant ajouté.

Ce que cela signifie pour une eau plus propre

Pour un non-spécialiste, la conclusion principale est que les auteurs ont conçu de petites « éponges » réutilisables capables de capturer un colorant rouge problématique de l’eau beaucoup plus efficacement que de nombreux matériaux existants. En ajustant finement la combinaison des composants céramiques et carbonés et la température de traitement, ils ont créé des surfaces qui attirent fortement le colorant, se saturent rapidement, puis peuvent être nettoyées et réutilisées. Bien que ces essais aient porté sur le basic red 9, les mêmes principes de conception pourraient être adaptés à d’autres colorants et polluants. Ce type d’outil de dépollution simple et efficace pourrait intégrer des systèmes de traitement pratiques pour les eaux usées industrielles et de laboratoire, contribuant à garder les rivières et les nappes phréatiques plus claires, plus sûres et plus proches des objectifs mondiaux d’accès à l’eau propre.

Citation: Al-Kadhi, N.S., Aljlil, S.A., Basha, M.T. et al. Efficient elimination of basic red 9 from wastewater using ceramic metal oxides containing carbon as novel nanohybrids. Sci Rep 16, 12235 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47555-x

Mots-clés: élimination des colorants des eaux usées, nanomatériaux adsorbants, hybrides céramique-carbone, basic red 9, purification de l’eau