Optimizing the fluoride removal from water using a novel adsorbent prepared from Waste Cerastoderma edule shell with Kinetic, Equilibrium, and Thermodynamic studies
Cette étude démontre qu'un adsorbant activé chimiquement et thermiquement, dérivé de déchets de coquilles de *Cerastoderma edule*, élimine efficacement le fluorure de l'eau, atteignant une efficacité de 94 % dans des conditions optimisées (pH 3, 30 °C) grâce à un processus d'adsorption spontané, endothermique et multicouche, régi par une cinétique de pseudo-second ordre et l'isotherme de Freundlich.
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L'eau qui a un goût de propre peut parfois cacher un danger silencieux : le fluorure. Si de petites quantités de cet élément sont inoffensives, une trop grande concentration dans l'eau potable peut endommager les os et les dents, entraînant des pathologies douloureuses qui affectent les communautés dépendantes des eaux souterraines. Pendant des décennies, les scientifiques ont cherché des moyens de débarrasser l'eau de cet excès de fluorure sans utiliser de produits chimiques coûteux ou de machines complexes. L'approche la plus prometteuse a été l'adsorption, un processus où un matériau solide agit comme une éponge, extrayant les ions indésirables du liquide et les retenant à sa surface. Le défi a toujours été de trouver un matériau suffisamment bon marché pour être utilisé partout, assez efficace pour accomplir la tâche et sûr pour l'environnement.
Une équipe de chercheurs de l'Institut National de Technologie Visvesvaraya en Inde s'est tournée vers le fond de l'océan pour trouver une solution, plus précisément vers les coquilles rejetées d'un mollusque marin commun appelé Cerastoderma edule. Ces coquilles, qui sont souvent jetées comme déchets, sont riches en carbonate de calcium, un minéral qui attire naturellement le fluorure. Les chercheurs se sont posé une question simple : pourraient-ils transformer ces déchets marins abondants en un outil puissant pour nettoyer l'eau ? Pour le découvrir, ils ont pris les coquilles, les ont broyées en une fine poudre et les ont soumises à un traitement chimique et thermique spécifique. Ce processus a activé le matériau, modifiant sa structure de surface pour le rendre encore plus avide de capturer les ions fluorure.
L'équipe n'a pas simplement deviné la meilleure façon d'utiliser ce nouveau matériau ; elle l'a testé systématiquement pour trouver la recette parfaite pour nettoyer l'eau. Ils ont fait varier cinq conditions clés : la température de l'eau, la quantité de fluorure initialement présente, l'acidité de l'eau, la quantité de poudre de coquille ajoutée et la durée pendant laquelle le mélange a été agité. En menant une série d'expériences soigneusement conçues, ils ont découvert que le matériau fonctionnait mieux lorsque l'eau était maintenue à une température fraîche de 30 degrés Celsius, avec une quantité spécifique de poudre ajoutée à une eau contenant 20 parties par million de fluorure. De manière cruciale, ils ont découvert que l'acidité de l'eau importait plus que tout autre facteur. Lorsque l'eau est devenue légèrement acide, les coquilles ont atteint leur apogée, éliminant 94 % du fluorure en seulement une heure. Dans ces conditions idéales, chaque gramme de matériau de coquille pouvait retenir près de 5 milligrammes de fluorure, une capacité qui se compare avantageusement à d'autres matériaux avancés utilisés à cette fin.
Pour comprendre exactement comment ce nettoyage s'est produit, les chercheurs ont examiné de près les coquilles avant et après leur travail. En utilisant des microscopes puissants, ils ont vu que la surface brute et fissurée de la coquille brute était devenue lisse et comblée après avoir absorbé le fluorure, confirmant que les ions s'étaient déposés dans les pores du matériau. Des tests chimiques ont montré que le fluorure était effectivement présent sur la coquille après le processus, tandis que la structure centrale du matériau restait intacte. Les données ont révélé que le fluorure ne se contentait pas de reposer en une seule couche sur la surface, mais s'accumulait en plusieurs couches à travers un paysage rugueux et irrégulier. La vitesse à laquelle le fluorure était éliminé suivait un schéma prévisible, atteignant un état d'équilibre après soixante minutes, ce qui est plus rapide que de nombreux autres matériaux naturels utilisés pour la même tâche.
Peut-être plus intéressant encore fut ce que les tests de température leur ont appris sur la nature du processus. Les chercheurs ont constaté que le matériau fonctionnait en réalité mieux dans une eau plus chaude, suggérant que le processus de nettoyage nécessitait une petite quantité d'énergie pour se produire. Cela indiquait que le fluorure ne se contentait pas de coller à la surface, mais formait une liaison chimique plus forte, remplaçant les molécules d'eau qui étaient initialement attachées à la coquille. Ce processus se produisait naturellement sans nécessiter d'énergie supplémentaire, mais il devenait plus efficace à mesure que l'eau se réchauffait. L'étude conclut que la transformation de ces coquilles de palourdes rejetées en un agent de nettoyage est une stratégie viable et à faible coût. En convertissant les déchets en ressources, les chercheurs ont offert un moyen pratique de lutter contre la contamination par le fluorure, transformant un sous-produit commun de l'industrie des produits de la mer en un gardien de la santé publique.
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