Élimination très efficace de l'acide perfluorooctanoïque (PFOA) dans l'eau avec le DBD

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13210 (2023) Citer cet article

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L'adsorption est considérée comme une méthode efficace pour éliminer les substances per- et polyfluoroalkylées d'une solution aqueuse. Dans la présente enquête, un adsorbant à base de balles de riz (RH) a été préparé avec succès par activation d'acide phosphorique (PA) et traitement au plasma par décharge à barrière diélectrique (DBD), et il a été utilisé pour adsorber l'acide perfluorooctanoïque (PFOA) de l'eau. Les électrodes utilisées dans l'expérience étaient de type plan. Cette recherche a étudié les propriétés de la surface RH et la capacité d’adsorption avant et après modification à l’aide du plasma DBD. Les résultats ont révélé que la modification du plasma He – O2 a introduit des groupes fonctionnels contenant de l'oxygène et a augmenté l'efficacité de l'élimination du PFOA. L'augmentation de la teneur en oxygène et du débit total de gaz à 30 % en volume et 1,5 L/min, respectivement, avec 10 min de temps de traitement au plasma HR à une puissance de décharge plasma de 100 W, a amélioré l'efficacité d'élimination du PFOA à 92,0 %, tandis que l'HR non traitée a montré une efficacité d'élimination de seulement 46,4 %. L'efficacité d'élimination de la solution a augmenté jusqu'à 96,7 % après ajustement du pH à 4. Les isothermes d'équilibre d'adsorption correspondaient au modèle de Langmuir et la cinétique d'adsorption suivait le modèle de pseudo-second ordre. La capacité d'adsorption maximale était de 565 mg/g lorsque le modèle isotherme de Langmuir était appliqué.

Récemment, les ressources en eau douce ont été confrontées à une contamination importante en raison du rejet de substances dangereuses telles que les substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS)1 dans l'environnement par des sources artificielles. Les PFAS sont un groupe de produits chimiques contenant des chaînes hydrophobes entièrement ou partiellement saturées d'atomes de fluor. Ils sont utilisés dans divers produits de consommation et industriels tels que les pâtes et papiers, les revêtements de surface, les textiles et les mousses anti-incendie2. Les PFAS sont connus pour être très persistants (demi-vie > 92 ans dans l'eau à 25 °C), potentiellement toxiques et bioaccumulables. Les propriétés amphiphiles uniques avec une stabilité thermique et chimique font des PFAS des produits chimiques nocifs pour l'environnement3,4,5.

Les PFAS peuvent être différenciés en fonction de leurs groupes fonctionnels terminaux, qui sont les acides per-fluoroalkylcarboxyliques (PFCA) et les acides perfluoroalkylsulfoniques (PFSA). Les groupes PFCA et PFSA les plus souvent détectés sont respectivement l’acide perfluorooctanoïque (PFOA) et l’acide perfluorooctanesulfonique (PFOS). Les propriétés physicochimiques des PFAS sont directement associées à la longueur de leur chaîne (CnF2n + 1), les PFCA à chaîne longue comportant 8 carbones ou plus et les PFSA à chaîne longue comportant 6 carbones ou plus6. Les PFCA contenant 7 carbones ou moins et les PFSA contenant 5 carbones ou moins appartiennent aux PFAS à chaîne courte7,8. La longueur croissante de la chaîne carbonée des PFAS augmentera la bioaccumulation et la bioamplification dans l’environnement9.

Il est urgent de trouver une méthode nouvelle et efficace pour éliminer les polluants organiques des réservoirs d’eau. Néanmoins, l’élimination des PFAS des réservoirs d’eau déjà contaminés manque encore d’attention. Certaines méthodes ont été étudiées par les chercheurs, par exemple les techniques d’échange d’ions, de coagulation chimique et d’adsorption utilisant des charbons actifs10. Ces méthodes ne sont cependant pas aussi efficaces qu’on pourrait l’espérer, notamment en ce qui concerne les polluants organiques et la possibilité de produire des composés inattendus lors du processus d’élimination11. Par conséquent, il est souhaitable de développer une nouvelle méthode pour éliminer efficacement les PFAS dans l’eau. La méthode d'adsorption est considérée comme une technique efficace par rapport à d'autres technologies physicochimiques pour éliminer les PFAS de l'eau, car elle présente une conception opérationnelle pratique, un faible coût d'installation et des performances élevées3,12. Schroder et al.13 ont effectué des comparaisons entre les méthodes chimiques et physiques d'élimination du PFOA et du SPFO. Il a été découvert que la méthode d’adsorption au charbon actif granulaire (CAG) est remarquablement bonne par rapport à d’autres méthodes conventionnelles comme le processus d’oxydation avancé et l’osmose inverse13.