Projet H2020 PSust-MOF : Structures organométalliques comme matériaux multifonctionnels pour la durabilité P
- Taper Projet
- État Rempli
- Exécution 2020 -2022
- Budget alloué 160.932,48 €
- Portée Europeo
- Principale source de financement H2020
- Site Web du projet PSust-MOF
Pour nourrir la population mondiale croissante, les agriculteurs doivent appliquer des engrais efficaces, contenant généralement du phosphore, pour augmenter les rendements des cultures. La majeure partie du phosphore utilisé dans les engrais provient de la roche phosphatée, une ressource limitée. Les structures organométalliques à base de zirconium (Zr-MOF) sont considérées comme des matériaux appropriés pour récupérer le phosphate des eaux usées et des eaux eutrophisées afin de produire des engrais phosphatés, en raison de leurs grandes surfaces, de leur stabilité dans l'eau et de leur forte affinité avec le phosphate.
Le projet PSust-MOF, financé par l’UE, vise à améliorer l’utilisation circulaire des engrais à base de phosphate. De plus, le projet utilisera l’eau comme milieu réactionnel pour la synthèse du Zr-MOF, compatible avec les exigences de la production industrielle.
L’utilisation efficace des engrais chimiques est essentielle pour atteindre l’Objectif de développement durable 2 : Faim zéro. Plus précisément, les engrais phosphorés sont produits principalement par l’extraction de roche phosphatée non renouvelable (RP), et des processus de production et d’application inefficaces causent des dommages environnementaux considérables. Un nouveau règlement européen sur les engrais encourage le développement de nouvelles stratégies menant à une économie circulaire.
Le phosphate pourrait être récupéré à partir des eaux usées et des eaux eutrophisées pour produire des engrais phosphatés. Cependant, les taux de récupération actuels ne peuvent pas répondre à la totalité de la demande en P. Par conséquent, de nouvelles méthodes de production plus durable d’engrais phosphatés sont également nécessaires de toute urgence. Les structures organométalliques à base de zirconium (Zr-MOF) sont des matériaux cristallins poreux faciles à fonctionnaliser qui présentent de grandes surfaces, une stabilité à l'eau et une forte affinité pour le phosphate.
Par conséquent, ils pourraient agir comme des adsorbants prometteurs pour la récupération du P. De plus, il a récemment été démontré qu’ils favorisent la dissolution de minéraux très stables. Ils pourraient ainsi améliorer la dissolution de la roche phosphatée dans des conditions plus douces, atténuant ainsi les risques environnementaux liés à l’exploitation de la roche phosphatée. Malheureusement, les Zr-MOF sont souvent préparés à l’aide de solvants organiques toxiques, ce qui limite leur progression industrielle.
Le projet intitulé « Cadres organométalliques comme matériaux multifonctionnels pour la durabilité du P » (PSust-MOF) aborde la production plus écologique de Zr-MOF avec des caractéristiques de particules contrôlées grâce à l'utilisation de l'eau comme solvant. Les principales caractéristiques qui déterminent à la fois le processus de récupération du P et la promotion de la dissolution de l'apatite (composant principal du PR) seront identifiées. Ces connaissances permettront de concevoir des matériaux Zr-MOF avancés à tester, pour la récupération de P ou la dissolution de PR, dans des conditions réelles. Les résultats du projet devraient non seulement avoir un impact significatif sur la durabilité du P. Compte tenu de la large gamme d'applications des MOF, la conception plus respectueuse de l'environnement des Zr-MOF favorisera également leur avancement industriel dans de nombreux domaines.
Absorption des engrais phosphatés des eaux usées agricoles Une équipe de chercheurs de l'Union européenne a créé des structures organométalliques à base de zirconium pour absorber les polluants des eaux usées agricoles et les réutiliser dans de nouveaux engrais. Bien que les engrais chimiques soient un élément essentiel de l’agriculture moderne, ils sont loin d’être parfaits. « Les engrais conventionnels sont non seulement très inefficaces, mais beaucoup d'entre eux libèrent du phosphore dans le sol, ce qui a un impact négatif sur l'environnement et la santé humaine », explique Jorge Rodríguez Navarro, professeur à l'Université de Grenade. Avec le soutien du projet PSust-MOF (Metal-Organic Frameworks as Multifunctional Materials towards P-sustainability), financé par l'UE, Rodríguez Navarro, avec son collègue et chercheur Francisco Carmona, a mené un effort pour créer une économie circulaire pour le phosphore. « L’objectif principal du projet était de développer un adsorbant innovant capable de détoxifier les eaux usées agricoles en récupérant et en réutilisant les engrais phosphatés », explique Carmona.
Structures organométalliques durables Pour atteindre cet objectif, le projet, qui a reçu le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, s'est concentré sur une classe émergente de matériaux poreux appelés structures organométalliques à base de zirconium, ou Zr-MOF, qui ont une forte affinité pour les groupes phosphate. Mais les chercheurs ne voulaient pas seulement créer des Zr-MOF ; ils voulaient le faire de manière durable. « Les propriétés exceptionnelles des structures organométalliques en font des matériaux prometteurs pour une grande variété d'applications », explique Rodríguez Navarro. « Malheureusement, ils sont généralement préparés avec des solvants toxiques et dans des conditions difficiles. » Au lieu de cela, les chercheurs ont démontré la faisabilité de la synthèse de Zr-MOF grâce à une approche assistée par micro-ondes.
Le procédé innovant utilise l’eau comme solvant et permet de moduler facilement et finement la taille des particules des matériaux résultants. « En rendant leur production industrielle plus facile, moins coûteuse et plus durable, ce procédé facilitera l’utilisation réelle de ces matériaux », ajoute Carmona. Capacité à absorber les ions phosphate Au-delà du développement d’un procédé durable de fabrication de matériaux Zr-MOF, le projet a également démontré la capacité de ces matériaux à absorber efficacement les ions phosphate à des concentrations pertinentes. Une fois les ions phosphate capturés, ils peuvent être réutilisés dans la fabrication de nouveaux engrais absorbant le phosphate.
« Nous avons démontré que les Zr-MOF peuvent non seulement adsorber de manière réversible les ions phosphate, mais sont également capables de dégrader simultanément les pesticides organophosphorés toxiques en composés inoffensifs », explique Rodríguez Navarro. « Cette capacité ouvre la voie à la détoxification des eaux usées issues des activités agricoles. » Relever les défis de la pénurie et de l’inefficacité La pénurie de phosphore et l’inefficacité des engrais sont deux obstacles majeurs à la réalisation d’un secteur agricole durablement productif. Le projet PSust-MOF a permis de surmonter ces deux difficultés. « En récupérant le phosphore des eaux usées agricoles, puis en réutilisant ce phosphore pour créer de nouveaux engrais efficaces, notre travail démontre le potentiel des structures organométalliques pour relever simultanément les défis de la rareté et de l'inefficacité en créant une économie circulaire du phosphate », note Carmona.
« Ce projet a sensibilisé à la durabilité du phosphore et a démontré à quel point la recherche est essentielle pour trouver des stratégies et des solutions pour surmonter ces défis importants », ajoute Rodríguez Navarro. Les chercheurs travaillent actuellement à améliorer la transformabilité des matériaux organométalliques à l’aide de composites ou de matrices membranaires mixtes, une avancée qui permettrait de les produire à grande échelle.
- UNIVERSIDAD DE GRANADA (UGR)
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