Synergistic Sonocatalytic Degradation of Sulfasalazine Using Green-Synthesized Nanoscale Zero-Valent Iron: Optimization, Kinetics, and Toxicity Assessment
Cette étude démontre que le fer zéro-valent nanométrique (nZVI) synthétisé de manière verte à partir d'extrait de feuilles de chêne, lorsqu'il est combiné aux ultrasons et au peroxyde d'hydrogène dans un système sono-Fenton, dégrade efficacement la sulfasalazine et les eaux usées pharmaceutiques avec une grande efficacité, une cinétique rapide, une minéralisation substantielle et une toxicité considérablement réduite.
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L'eau qui s'écoule de nos robinets et de nos rivières porte de plus en plus un fardeau caché : des traces de médicaments que les gens ont pris puis évacués par les toilettes. L'un de ces médicaments est la sulfasalazine, un médicament utilisé pour traiter des inflammations graves comme l'arthrite et les maladies intestinales. Bien qu'elle aide les patients, la drogue est tenace. Elle ne se décompose pas facilement dans la nature, et les stations de traitement des eaux conventionnelles échouent souvent à l'éliminer. Lorsque ce produit chimique persiste dans l'environnement, il peut nuire à la vie aquatique et contribuer à l'augmentation des bactéries qui résistent aux antibiotiques. Les scientifiques chercheent depuis longtemps un moyen de détruire ces polluants persistants sans créer de nouveaux déchets, se tournant plutôt vers des méthodes utilisant de puissantes réactions chimiques pour décomposer les molécules.
Une équipe de chercheurs a maintenant développé une méthode qui combine trois éléments distincts pour s'attaquer à ce problème : un catalyseur fait de fer, du peroxyde d'hydrogène et des ondes sonores. Le catalyseur est une particule de fer spéciale, si petite que des milliers pourraient tenir sur la tête d'une épingle. Ce qui rend cette approche unique, c'est la façon dont le fer a été fabriqué. Au lieu d'utiliser des produits chimiques industriels agressifs, les chercheurs ont utilisé un simple extrait de feuilles de chêne. Ces feuilles contiennent des composés naturels qui agissent comme une main douce, guidant les atomes de fer pour qu'ils s'agglutinent en de minuscules sphères réactives. Cette synthèse « verte » évite les sous-produits toxiques et laisse les particules de fer recouvertes d'une couche protectrice de matière végétale, ce qui aide à les maintenir stables et actives.
Pour tester ce système, les chercheurs ont placé un échantillon d'eau contaminé par la sulfasalazine dans un réacteur en verre. Ils ont ajouté les particules de fer issues de feuilles de chêne et une dose de peroxyde d'hydrogène, un oxydant courant. Ensuite, ils ont introduit des ultrasons, qui sont des ondes sonores à haute fréquence créant des millions de minuscules bulles s'effondrant dans le liquide. Lorsque ces bulles éclatent, elles génèrent une chaleur et une pression localisées intenses. Cette force physique aide à briser le peroxyde d'hydrogène en fragments hautement réactifs qui attaquent les molécules du médicament. Les particules de fer agissent comme une étincelle, accélérant la création de ces fragments réactifs, tandis que les ondes sonores garantissent que le fer reste dispersé et ne s'agglutine pas inutilement.
Les résultats étaient frappants. Dans les meilleures conditions, le système a éliminé près de 96 % de la sulfasalazine de l'eau en seulement quatre-vingt-dix minutes. Le processus a été si efficace que les molécules du médicament n'ont pas seulement été décomposées, mais ont été largement converties en dioxyde de carbone et en eau inoffensifs, un processus appelé minéralisation. Les chercheurs ont constaté que les trois composants fonctionnaient mieux ensemble ; utiliser seulement le son, seulement le fer ou seulement le peroxyde produisait très peu de résultats seul. C'était la combinaison des trois qui créait une puissante synergie, où le tout devenait bien plus grand que la somme de ses parties.
L'équipe a également testé cette méthode sur des eaux usées réelles provenant d'une usine pharmaceutique, qui contenaient un mélange complexe de sels et d'autres produits chimiques qui interfèrent souvent avec les processus de nettoyage. Même dans cet environnement difficile, le système a éliminé environ 78 % du médicament et a considérablement réduit la toxicité de l'eau. Avant le traitement, l'eau était si toxique qu'elle arrêtait la croissance de bactéries communes de près de 90 %. Après le traitement, cette inhibition est tombée à seulement 10 à 20 %, indiquant que le produit chimique dangereux avait été transformé en quelque chose de bien plus sûr pour l'environnement.
Cette étude démontre qu'un catalyseur fabriqué à partir d'une feuille d'arbre commune, lorsqu'il est associé au son et à un simple oxydant, peut efficacement nettoyer l'eau des polluants pharmaceutiques tenaces. La méthode offre une voie d'avenir pour traiter les eaux usées de manière à la fois efficace et respectueuse de l'environnement, en s'appuyant sur des matériaux naturels pour résoudre un problème industriel moderne. Les chercheurs ont confirmé que les particules de fer sont restées stables pendant le processus et que le système pouvait gérer la chimie complexe des eaux usées du monde réel, suggérant qu'il pourrait être un outil pratique pour protéger les réserves d'eau contre la menace croissante de la contamination médicamenteuse.
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