Les systèmes de filtration sont conçus pour capturer simultanément plusieurs substances nocives présentes dans l’eau ou l’air, mais les polluants présents dans le sol ne peuvent être traités qu’individuellement ou plusieurs à la fois – du moins pour le second.
Une méthode développée par des scientifiques de l’Université Rice et des collaborateurs du Centre de recherche et de développement des ingénieurs de l’armée américaine (ERDC) pourrait aider à faire passer les processus d’assainissement des sols du fragmentaire à l’ensemble.
Une équipe de scientifiques de Rice dirigée par le chimiste James Tour et des chercheurs des branches des constructions géotechniques et de l’ingénierie environnementale de l’ERDC ont montré que mélanger un sol pollué avec des composés non toxiques et riches en carbone qui propulsent le courant électrique, comme le biochar, puis zapper le mélange avec de courtes les sursauts d’électricité éliminent à la fois les polluants organiques et les métaux lourds sans utiliser d’eau ni générer de déchets.
Selon une étude publiée dans Character Communications, les impulsions électriques amènent la température du sol à 1 000-3 000 degrés Celsius selon les besoins (1 832-5 432 Fahrenheit) en quelques secondes, transformant les contaminants organiques en minéraux de graphite non toxiques et les métaux lourds toxiques en vapeur collectée by means of les tuyaux d’extraction.. De plus, le processus est bénéfique pour la fertilité des sols, des expériences montrant que les taux de germination s’améliorent de 20 à 30 % dans les sols assainis.
« Notre processus électrothermique à haute température peut éliminer plusieurs polluants simultanément », a déclaré l’auteur principal Bing Deng, associé de recherche postdoctoral au laboratoire Tour. « Cette méthode nouvellement établie, que nous appelons procédé électrothermique à haute température (HET), est basée sur la technique de chauffage flash Joule que nous avons développée il y a quelques années. C’est la première fois que le chauffage électrique direct est utilisé pour l’assainissement des sols. »
Les métaux lourds comme le plomb, l’arsenic, le zinc, le cobalt, le cuivre, le mercure et le nickel ainsi que les contaminants organiques comme les pesticides et les microplastiques sont les principaux polluants des sols. En furthermore des activités anthropiques, des événements naturels comme les tremblements de terre et les inondations peuvent également entraîner la contamination des sols : les cendres toxiques libérées par les incendies de forêt comme ceux qui ont dévasté Hawaï en août ou tout déchet industriel potentiel libéré par le dégel du pergélisol dans l’Arctique pourrait contaminer de vastes zones de sol, appelant à des protocoles de décontamination à grande échelle.
Cependant, les méthodes actuelles d’élimination des polluants du sol prennent du temps, sont coûteuses et représentent un défi logistique. Certaines strategies de décontamination, telles que la lixiviation des tensioactifs, génèrent également des flux de déchets secondaires et consomment des quantités importantes d’eau et/ou d’électricité. Trouver de meilleurs moyens de décontaminer les sols est essentiel pour améliorer la préparation aux catastrophes, ce qui en fait une priorité de sécurité nationale, a déclaré Deng.
« Cette méthode est ultrarapide, ce qui peut être très utile pour faire confront aux predicaments d’urgence », a ajouté Deng.
« Les technologies d’assainissement des sols ne ciblent normalement qu’un ou deux métaux lourds à la fois, et souvent elles ne sont pas très efficaces ou fonctionnent à un rythme beaucoup furthermore lent que le chauffage électrothermique », a déclaré Mine Ucak-Astarlioglu, chercheur chimiste à l’ERDC. « Cette méthode est très rapide, sans eau et traite de multiples polluants dans le sol. Le chauffage Flash Joule est une system incroyablement prometteuse pour la récupération des métaux critiques à partir des déchets et l’élimination des métaux lourds à des fins d’assainissement. »
Chris Griggs, chercheur principal en physique à l’ERDC, a déclaré qu’à l’heure actuelle, les sols pollués peuvent soit être déterrés et transportés loin des internet sites peuplés – une selection qu’il qualifie de « cauchemar logistique » – soit traités sur location pour éviter éléments toxiques de migrer dans l’air ambiant, l’eau ou les aliments.
« Certains contaminants pourraient être acceptables – ils ne bougeront pas. D’autres pourraient migrer vers les eaux souterraines et les sources d’eau potable. Certains pourraient finir par altérer les cultures, où des métaux lourds toxiques pourraient être aspirés par les racines des plantes, etc. », a déclaré Griggs. « Être capable de régénérer le sol et de le remettre là où il était, c’est un énorme avantage par rapport aux technologies existantes. »
Un effet surprenant du traitement rapide à haute température est qu’il laisse la taille des particules du sol et la composition minérale globale relativement inchangées. En fait, le processus améliore le taux d’infiltration de l’eau et augmente le réservoir de nutriments disponibles, rendant le sol moreover fertile.
« Nous avons été surpris de ne pas endommager le sol au cours du processus », a déclaré Tour, professeur de chimie TT et WF Chao de Rice et professeur de science des matériaux et de nano-ingénierie. « En fait, les plantes l’apprécient davantage, en raison des minéraux libérés lors du cycle thermique. »
Yi Cheng, chercheur postdoctoral chez Rice et co-auteur principal qui a contribué à la caractérisation des propriétés du sol, a déclaré que le processus fonctionne également bien sur un sol humide.
« Notre procédé est économique et respectueux de l’environnement », a ajouté Cheng.
L’étude comprend une analyse du cycle de vie qui montre que le processus est évolutif et promet d’être moreover économe en énergie et additionally rentable que les pratiques traditionnelles d’assainissement des sols comme le lavage des sols ou la désorption thermique.
« Nous avons développé deux modèles de mise en œuvre pour le déploiement hors web-site et sur internet site, et nous sommes impatients de faire passer ce processus à l’étape suivante : les assessments sur le terrain », a déclaré Deng.
La collaboration entre Rice et ERDC pourrait faciliter la transition technologique de l’étape de validation de principe à la pratique réelle.
« En ce qui concerne les features techno-économiques et l’évolutivité du processus, nous pouvons soulever un peu in addition de poids et aller un peu furthermore loin qu’une université, mais c’est dans le domaine de la découverte que les universités fantastic », a déclaré Griggs. « C’est un bon partenariat. »
« C’est un partenariat procedure, un partenariat éducatif, qui offre également des opportunités d’emploi », a déclaré Ucak-Astarlioglu. « C’est une situation gagnant-gagnant pour tous les partenaires universitaires concernés. »
Robert Carter, ancien élève de Rice, est également l’un des principaux co-auteurs de l’étude. Parmi les autres auteurs figurent Lucas Eddy et Debadrita Jana, étudiants diplômés de Rice les chercheurs postdoctoraux Yuan Liu et Shichen Xu les chercheurs Xiaodong Gao et Carter Kittrell Khalil JeBailey, étudiant de premier cycle Duy Xuan Luong et Kevin Wyss, anciens doctorants de Rice Mark Torres, professeur adjoint de sciences de la Terre, de l’environnement et des planètes et Janet Braam, professeur de biosciences et doyenne associée aux initiatives stratégiques.
La recherche a été soutenue par le Bureau de recherche scientifique de l’Air Force (FA9550-22-1-0526), le Centre de recherche et de développement des ingénieurs de l’armée américaine (W912HZ-21-2-0050) et la Bourse Stauffer-Rothwell et l’Autorité des équipements partagés de Rice.
