Décontamination de l'eau co

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 15832 (2022) Citer cet article

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La cocontamination par des solvants organiques (par exemple, le toluène et le tétrahydrofurane) et des ions métalliques (par exemple, Cu2+) est courante dans les eaux usées industrielles et sur les sites industriels. Ce manuscrit décrit la séparation du THF de l'eau en l'absence d'ions cuivre, ainsi que le traitement des eaux co-polluées soit par du THF et du cuivre, soit par du toluène et du cuivre. Le tétrahydrofurane (THF) et l'eau sont librement miscibles en l'absence d'acide laurique. L'acide laurique sépare les deux solvants, comme le démontre la résonance magnétique nucléaire du proton (RMN 1H) et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier à réflexion totale atténuée (ATR-FTIR). La pureté de la phase aqueuse séparée des mélanges THF:eau 3:7 (v/v) utilisant de l'acide laurique 1 M est ≈87 % v/v. La diffusion synchrotron des rayons X aux petits angles (SAXS) indique que l'acide laurique forme des micelles inverses dans le THF, qui gonflent en présence d'eau (pour héberger de l'eau à l'intérieur) et conduisent finalement à deux phases libres : 1) riche en THF et 2 ) riche en eau. L'acide laurique déprotoné (ions laurate) induit également la migration des ions Cu2+ soit dans le THF (après séparation de l'eau), soit dans le toluène (non miscible à l'eau), permettant leur élimination de l'eau. Les ions laurate et les ions cuivre interagissent probablement par le biais d'interactions physiques (par exemple, des interactions électrostatiques) plutôt que par des liaisons chimiques, comme le montre l'ATR-FTIR. La spectrométrie d'émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES) démontre l'élimination jusqu'à 60 % des ions Cu2+ de l'eau co-polluée par CuSO4 ou CuCl2 et le toluène. Alors que l'acide laurique émulsionne l'eau et le toluène en l'absence d'ions cuivre, les sels de cuivre déstabilisent les émulsions. Ceci est bénéfique pour éviter que les ions cuivre ne soient réentraînés dans la phase aqueuse avec le toluène, suite à leur migration dans la phase toluène. L'effet des ions cuivre sur la stabilité de l'émulsion est expliqué sur la base de la diminution de l'activité interfaciale et de la rigidité en compression des films interfaciaux, sondés à l'aide d'une cuvette de Langmuir. Dans le traitement des eaux usées, l’acide laurique (une poudre) peut être mélangé directement à l’eau polluée. Dans le cadre de la dépollution des eaux souterraines, l'acide laurique peut être solubilisé dans l'huile de canola pour permettre son injection pour traiter les aquifères co-pollués par les solvants organiques et le Cu2+. Dans cette application, les filtres injectables obtenus par injection d'hydroxyéthylcellulose cationique (HEC +) entraveraient le flux d'ions toluène et cuivre qui y sont partitionnés, protégeant ainsi les récepteurs en aval. Les cocontaminants peuvent ensuite être extraits en amont des filtres (à l'aide de puits de pompage), pour permettre leur élimination simultanée des aquifères.

Les activités industrielles libèrent des métaux lourds toxiques et solubles dans l’eau dans les eaux souterraines, notamment du plomb, du chrome, de l’arsenic, du zinc, du cadmium, du mercure et du cuivre1,2. Le cuivre est utilisé dans les engrais et les pesticides pulvérisés, dans les matériaux de construction et dans les déchets agricoles et municipaux, provoquant des concentrations élevées de cuivre dans les eaux souterraines1. Les hydrocarbures sont également largement utilisés dans les processus industriels et comptent parmi les polluants les plus courants des eaux souterraines3. Le THF est un contaminant des eaux souterraines et des eaux usées industrielles, car il était utilisé pour produire des intermédiaires pharmaceutiques et pesticides4,5. Les métaux lourds, les hydrocarbures et les solvants organiques miscibles à l'eau (par exemple le dioxane ou le THF) sont souvent présents comme cocontaminants sur les sites industriels6,7,8,9,10,11.

Le traitement des métaux lourds comprend l'assainissement électrocinétique12,13,14,15,16, l'élimination à l'aide de nanoparticules17 et le rinçage du sol avec des additifs qui facilitent la solubilisation et l'extraction des métaux lourds par pompage et traitement1. Pump and Treat extrait les polluants à l’aide de puits de pompage, traite les eaux souterraines ex situ et enfin les réinjecte après traitement18. À titre d’exemple, l’acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA) a été utilisé pour assainir le cuivre en conjonction avec le pompage et le traitement19. Notre étude précédente utilisait du lauroyl lactylate de sodium (SLL) dans le même but20. Ces approches ne permettent pas l’élimination simultanée des métaux lourds et des cocontaminants tels que les solvants miscibles, dont le THF est un exemple.