Élimination efficace des contaminants pharmaceutiques de l'eau et des eaux usées grâce à la laccase immobilisée sur du charbon actif dérivé d'écorces de grenade

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11933 (2023) Citer cet article

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Dans cette étude, les écorces de grenade (PP), en tant que déchets abondants de transformation des fruits, ont été utilisées pour produire du charbon actif rentable, écologique et de haute qualité. Le charbon produit (charbon actif sans fossile) a été utilisé pour immobiliser la laccase afin d'éliminer une gamme de polluants émergents, à savoir le diclofénac, l'amoxicilline, la carbamazépine et la ciprofloxacine, de l'eau et des eaux usées. Le charbon actif chargé en laccase (LMPP) et celui déchargé (MPP) ont été caractérisés à l'aide de techniques avancées d'analyse chimique de surface. Il a été constaté que les MPP avaient une structure poreuse avec une grande surface et une abondance de groupes fonctionnels acides. L'immobilisation de la laccase a réduit la surface mais a ajouté des sites de dégradation actifs. Les paramètres d’immobilisation optimaux ont été déterminés comme étant un pH de 4, 35 °C et une concentration de laccase de 2,5 mg/mL, ce qui donne un rendement d’immobilisation de 69,8 %. L'adsorption du polluant émergent sur les MPP est mieux caractérisée comme un processus endothermique spontané qui adhère à l'isotherme de Langmuir et à la cinétique de premier ordre. Grâce à une adsorption synergique et une dégradation enzymatique, les polluants cibles (50 mg/L) ont été éliminés en 2 h. Dans les deux types d’eau, les LMPP ont surpassé les MPP. Cette étude montre que les écorces de grenade peuvent être efficacement exploitées comme support d'enzymes et adsorbant pour l'élimination des polluants émergents, même à partir d'une matrice d'échantillon complexe. L’élimination des contaminants des eaux usées a duré cinq cycles, alors qu’elle s’est poursuivie jusqu’à six cycles pour l’eau.

La population mondiale devrait dépasser les neuf milliards d’ici 20501,2. Cela conduit à une augmentation de la demande en eau potable et en même temps à une augmentation de la production d'eaux usées. Ce problème persistant s'accompagne souvent d'une gestion inefficace des eaux usées, d'une détérioration des infrastructures de traitement des eaux usées et de systèmes d'élimination inadéquats avec des procédures de traitement limitées ou inexistantes3. Suite à ces problèmes, divers produits chimiques ayant la possibilité d’atteindre les eaux de surface sont rejetés quotidiennement dans l’environnement2,3. Les contaminants émergents (CE) sont un terme générique désignant différentes substances qui ont suscité des préoccupations considérables au cours des deux dernières décennies. Ces contaminants peuvent être des composés synthétiques ou des substances naturellement présentes en quantité minime ou sans surveillance et susceptibles d’avoir un impact négatif sur la santé humaine et d’autres organismes. Ces composés récalcitrants sont constitués d’une variété de produits chimiques, tels que des produits pharmaceutiques, des hydrocarbures aromatiques polycycliques, des produits de soins personnels et des pesticides4,5. Les sources de CE les plus courantes sont les effluents industriels, les eaux usées municipales, les usines de traitement des eaux usées (STEP), les produits ménagers, les hôpitaux, les décharges et les entreprises de production pharmaceutique6. Parmi les sources susmentionnées, les effluents des stations d’épuration des eaux usées sont considérés comme la principale source de CE. Les STEP ne sont pas conçues pour éliminer entièrement les CE et leurs métabolites, de sorte qu'ils peuvent s'échapper vers les écosystèmes aquatiques dans les effluents rejetés. Il n’existe actuellement aucune directive ou norme pour l’élimination et le rejet des CE dans les usines de traitement des eaux usées existantes7. Dans la pratique, les procédés physiques et chimiques conventionnels de réduction des composés organiques des eaux usées présentent plusieurs limitations sérieuses, notamment une purification insuffisante, une faible efficacité, des coûts élevés, la formation de sous-produits dangereux et une application dans une plage de concentrations étroite8,9. Par conséquent, il est largement reconnu qu’il existe un besoin urgent de développer des méthodes plus efficaces, innovantes et respectueuses de l’environnement pour l’assainissement des eaux usées. La bioremédiation ou biodégradation, un nouveau domaine d'investigation prometteur, a été utilisée efficacement pour l'élimination des CE de l'eau et des eaux usées10. Les méthodes de biodégradation présentent de nombreux avantages par rapport aux méthodes physico-chimiques, car elles sont plus rentables, plus sûres et moins perturbatrices11.