Une nouvelle étude publiée dans Biochar présente une technologie de membrane durable qui transforme le biochar issu de microalgues en un matériau avancé pour le traitement des eaux usées municipales, offrant une voie prometteuse vers une eau plus propre et une valorisation des déchets.
Les eaux usées municipales contiennent un mélange complexe de matières organiques, de nutriments, de sels et de micro-organismes. Parmi ces polluants, la matière organique naturelle est particulièrement problématique car elle peut obstruer les membranes de filtration, réduire l’efficacité du traitement et contribuer à la formation de sous-produits indésirables lors de la désinfection. Les technologies membranaires sont largement utilisées dans le traitement de l’eau, mais l’encrassement reste l’un des plus grands obstacles à une exploitation durable et rentable.
Pour relever ce défi, les chercheurs ont développé des membranes hybrides en biochar fonctionnalisé par des amines/acétate de cellulose en utilisant du biochar issu de la biomasse de microalgues. Le biochar a été chimiquement modifié avec des groupes amines par une polymérisation en une étape inspirée de la moule et une réaction de type base de Schiff. Le biochar fonctionnalisé par des amines a ensuite été mélangé à de l’acétate de cellulose, un polymère biodégradable, pour créer des membranes hybrides d’ultrafiltration.
« Notre objectif était de concevoir une membrane qui non seulement fonctionne bien, mais s’intègre également dans un cycle de matériaux plus durable, » a expliqué l’auteur correspondant Shadi W. Hasan. « En transformant la biomasse de microalgues en une charge de biochar fonctionnel, nous pouvons améliorer la filtration des eaux usées tout en ajoutant de la valeur aux flux de déchets biologiques. »
L’équipe a constaté que l’ajout de biochar fonctionnalisé par des amines améliorait plusieurs propriétés clés des membranes. Les membranes hybrides sont devenues plus hydrophiles, plus poreuses et plus chargées négativement, ce qui a contribué à réduire l’adhérence des substances encrassantes et à améliorer le transport de l’eau. Les analyses structurales et chimiques ont confirmé que le biochar fonctionnalisé avait été produit avec succès et incorporé dans la matrice d’acétate de cellulose.
Parmi les membranes testées, celle contenant 4 % en poids de biochar fonctionnalisé par des amines a montré les meilleures performances globales. Lors de la filtration d’eaux usées municipales, cette membrane a atteint un flux d’eau de 169,1 L m⁻² h⁻¹ et un taux d’élimination de 64,1 % de la matière organique naturelle, surpassant la membrane vierge en acétate de cellulose, qui n’atteignait que 81,8 L m⁻² h⁻¹ et 31,1 % d’élimination.
La membrane modifiée a également démontré une élimination complète des bactéries lors des tests. De plus, elle a partiellement éliminé d’autres contaminants courants des eaux usées, notamment la demande chimique en oxygène, les sulfates, les phosphates, les nitrates, l’ammonium et le magnésium. Ces résultats suggèrent que la membrane pourrait offrir des avantages plus larges au-delà du contrôle de la matière organique.
La résistance à l’encrassement des membranes a été un autre résultat important. Après filtration des eaux usées municipales et un simple nettoyage à l’eau déionisée, la membrane la plus performante a montré un taux de récupération de flux de 82,7 %, indiquant un fort comportement anti-encrassement sans nécessiter de nettoyage chimique agressif.
« L’encrassement est une limitation majeure pour le traitement des eaux usées par membrane, » a déclaré Hasan. « L’amélioration de la récupération et la performance de filtration stable suggèrent que les membranes hybrides à base de biochar peuvent contribuer à rendre les systèmes de traitement de l’eau plus durables et plus faciles à exploiter. »
L’étude met également en évidence la valeur de tester les membranes avec des eaux usées municipales réelles, plutôt que de se fier uniquement à des solutions synthétiques de laboratoire. En démontrant leurs performances dans des conditions plus pratiques, les travaux fournissent une base plus solide pour une mise à l’échelle et une application futures.
Les chercheurs concluent que le biochar fonctionnalisé par des amines issu de microalgues est une charge durable prometteuse pour les membranes hybrides de nouvelle génération. L’approche relie la conversion des déchets de biomasse au traitement avancé de l’eau, montrant comment les matériaux carbonés renouvelables pourraient contribuer à développer des technologies de traitement des eaux usées plus efficaces et respectueuses de l’environnement.
Article : Amine-functionalized biochar/cellulose acetate hybrid membranes for sustainable municipal wastewater treatment – Journal : Biochar – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Biochar E. Office
