Des ingénieurs démontrent une nouvelle méthode pour réduire la pollution par le soufre

Les eaux usées d’un individu pourraient être l’or d’un autre. Une nouvelle étude de l’Université de Stanford ouvre la voie à l’extraction des eaux usées pour des éléments précieux qui trouvent une utilisation dans les engrais et les batteries qui pourraient prendre en charge les smartphones et les plans à l’avenir.

Des ingénieurs démontrent une nouvelle méthode pour réduire la pollution par le soufre.

Crédit image : Ivan Bandura / Unsplash.

La recherche montre comment améliorer les procédés électriques de transformation de la pollution soufrée et pourrait conduire à un traitement des eaux usées plus économique, alimenté par des énergies renouvelables et produisant de l’eau potable. L’étude a été récemment publiée dans la revue ACS Ingénierie ES&T.

Nous cherchons toujours des moyens de boucler la boucle des processus de fabrication de produits chimiques. Le soufre est un cycle élémentaire clé avec de la place pour des améliorations dans la conversion efficace des polluants soufrés en produits comme les engrais et les composants de batterie.

Will Tarpeh, auteur principal de l’étude et professeur adjoint, génie chimique, Université de Stanford

Une meilleure solution

Alors que l’approvisionnement en eau douce se raréfie, en particulier dans les zones arides, l’attention s’est portée sur la création d’une technologie de transformation des eaux usées en eau potable. Les systèmes à membrane qui filtrent les eaux usées dans des environnements anaérobies ou sans oxygène sont particulièrement prometteurs car ils utilisent très peu d’énergie.

Cependant, ces réactions produisent du sulfure, un produit chimique toxique, caustique et odorant. L’oxydation chimique ou l’utilisation de produits chimiques particuliers pour transformer le soufre en particules séparables, par exemple, peut générer des sous-produits et induire des processus chimiques qui endommagent les canalisations et rendent plus difficile la désinfection de l’eau.

La conversion du sulfure en composés utilisés dans les engrais et le matériau de cathode pour les batteries lithium-soufre est une approche alléchante pour traiter la production de sulfure de la filtration anaérobie, mais les méthodes pour le faire sont actuellement inconnues. En conséquence, Tarpeh et ses collègues ont entrepris de développer une méthode rentable qui ne produisait aucun déchet chimique.

Les chercheurs se sont concentrés sur l’oxydation électrochimique du soufre, qui consomme peu d’énergie et permet d’affiner les composés soufrés finaux (alors que certains produits, comme le soufre élémentaire, peuvent se déposer sur les électrodes et retarder les réactions chimiques, d’autres, comme le sulfate, peuvent être récupéré et réutilisé).

La procédure peut être alimentée par des énergies renouvelables et personnalisée pour traiter les eaux usées collectées dans des bâtiments individuels ou des villes entières si elle s’avère efficace.

Les chercheurs ont évalué les vitesses de chaque phase de l’oxydation électrochimique du soufre, ainsi que les types et les quantités de produits générés, à l’aide de la microscopie électrochimique à balayage, une méthode qui permet d’obtenir des images microscopiques des surfaces des électrodes pendant le fonctionnement des réacteurs.

Ils ont découvert les principaux obstacles chimiques à la récupération du soufre, tels que l’encrassement des électrodes et les intermédiaires les plus difficiles à convertir. Ils ont découvert que la modification des facteurs de fonctionnement comme la tension du réacteur pourrait aider à la récupération à faible énergie du soufre des eaux usées, entre autres.

L’efficacité énergétique, l’élimination des sulfures, la production de sulfates et le temps ont tous été clarifiés à la suite de ces découvertes et d’autres. Les chercheurs les ont utilisés pour développer un paradigme pour les futures procédures d’oxydation électrochimique du sulfure qui équilibrent l’apport d’énergie, l’élimination de la pollution et la récupération des ressources.

La technologie de récupération du soufre pourrait être intégrée à d’autres approches à l’avenir, comme la récupération de l’azote des eaux usées pour générer des engrais à base de sulfate d’ammonium. Le Codiga Resource Recovery Center, une installation de traitement à l’échelle pilote sur le campus de Stanford, jouera presque certainement un rôle clé dans l’accélération du développement et de la mise en œuvre de ces technologies à l’avenir.

Espérons que cette étude contribuera à accélérer l’adoption de technologies qui atténuent la pollution, récupèrent des ressources précieuses et créent de l’eau potable en même temps..

Xiaohan Shao, auteur principal de l’étude et doctorant, génie civil et environnemental, Université de Stanford

Tarpeh est également professeur adjoint de génie civil et environnemental, membre du centre Stanford Woods Institute for the Environment, chercheur affilié à Stanford Water, Health, and Development et membre de Stanford Bio-X. Au moment de l’étude, l’auteur supplémentaire Sydney Johnson était un étudiant de premier cycle en génie chimique à Stanford.

Le département de génie chimique de Stanford, le centre de recherche en ingénierie de la National Science Foundation pour réinventer l’infrastructure de l’eau urbaine de la nation (ReNUWIt) et le programme Environmental Venture Projects de l’Institut Stanford Woods pour l’environnement ont tous contribué à la recherche.

Des chercheurs de Stanford transforment les eaux usées en une ressource précieuse dans un processus de traitement innovant

Crédit vidéo : Université de Stanford.

Référence de la revue :

Shao, X. et al. (2022) Quantification et caractérisation de l’oxydation des sulfures pour éclairer le fonctionnement de la récupération électrochimique du soufre à partir des eaux usées. ACS Ingénierie ES&T. doi.org/10.1021/acsestengg.1c00376.

Source : https://woods.stanford.edu/