Magnétite dans les sols
La magnétite est une forme d’oxyde de fer, Fe3O4, qui possède uniquement le fer dans les états d’oxydation Fe2 et Fe3. Portant la forme d’un spinel inverse, ses propriétés magnétiques sont très appréciées. L’ajout de magnétite au sol est avantageux car il peut plus tard être enlevé facilement en utilisant des aimants. Il peut se produire naturellement dans le sol, ou être ajouté comme agent de traitement du sol.
La fonction principale de la magnétite en tant qu’additif dans les sols est de catalyser la dégradation des contaminants dans le sol. Ces contaminants comprennent, sans s’y limiter, les polluants industriels, les composés organiques aromatiques et d’autres. La composition du sol est un facteur important dans le choix de ce qu’il faut planter dans le sol, il est donc important d’éliminer les contaminants dans la mesure du possible.
Faire face aux sols contaminés
La magnétite est utile dans l’élimination d’autres métaux lourds du sol contaminé, une étude signalant l’immobilisation/enlèvement efficace des métaux, y compris le cadmium, le plomb et l’uranium par l’application de ca. 1,5 poids nanoparticules de magnétite(3). Cette étude affirme que la magnétite a de fortes propriétés d’adsorption à d’autres métaux, et peut être utile dans l’élimination in situ des polluants des sols contaminés. La chloration réductrice d’éthylènes chlorés, comme le trichloroéthylène et le chlorure de vinyle, a été démontrée à partir de sols à l’échelle de laboratoire(4). La déchloration a suivi une voie de type hydrolyse, qui a été accélérée par un facteur de dix par l’ajout de Fe2 de magnétite. La magnétite a également été utilisée pour la réduction de la nitrobenzene des sols, associée au ruissellement industriel, et il a été suggéré que l’augmentation des stoichiometries de magnétite peut réduire la nitrobenzene en l’absence de Fe2mdentièrement soluble (5). Il peut être utilisé pour stabiliser l’excès d’arsenic dans les résidus miniers(6), bien que dans la plupart des cas de sol / résidus d’élimination de la contamination par l’arsenic, l’ajout de zinc facilite le processus en termes d’efficacité(7).
D’autres voies qui utilisent la magnétite à l’aide de l’immobilisation des métaux lourds dans les sols comprennent l’endroit où la magnétite a été traitée avec un revêtement féculent. Cette magnétite enduite a été appliquée aux systèmes contrôlés de sol sablonneux qui ont des concentrations d’arsenic de 31,45 mg kg-1. Le système combiné de magnétite et d’amidon a pu éliminer environ 93 % des molécules contenant de l’arsenic et réduire la lixiviabilité de plus de 83 %(8). Des études similaires - bien qu’en l’absence de résine féculent - ont montré que la magnétite dans le sol peut effectivement éliminer plus de 90 % des résidus d’arsenic et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) alors qu’aussi peu que 1 % par magnétite de poids a été utilisée(9).
En plus des éthylènes chlorés, l’élimination d’autres déchets industriels qui peuvent catalyser par la magnétite comprennent des processus qui éliminent les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les n-alkanes et les résidus d’huile réfractaires comme contaminants du sol. Des processus de dégradation du peroxyde de fenton et de l’oxydation du persulfate catalysés par magnétite au sol dans le sol ont été démontrés(10). Des études ont montré que les catalyseurs de fer (ii) plus complexes sont surpassés en utilisant simplement de la magnétite en poudre pour éliminer jusqu’à 90 % des contaminants du pétrole brut du sol en aussi peu que sept jours, ce qui est favorablement comparativement à seulement 15 % de l’élimination des contaminants pour un catalyseur de fer obtenu commercialement(11).
L’utilisation de magnétite pour soulager la contamination des sols du ruissellement industriel et agricole est particulièrement appréciée en raison de son manque de toxicité humaine ou animale. D’autres sous-produits industriels que l’on trouve souvent dans les sols comprennent les phénols et les hydrocarbures aromatiques connexes, dont l’élimination est catalysée par la poudre de magnétite sous la lumière ultraviolette. La réduction de Fe3 à Fe2 est la principale explication du processus catalytique. Ce processus n’est notamment pas amélioré par le fait que la magnétite est sous forme de nanoparticules(12). Les phosphates sont des contaminants connus des sols qui se produisent couramment à la lixiviation de plantes traitées avec des engrais de type NPK. Biochar est une matière organique produite par la combustion de petits débris organiques tels que les déchets agricoles et forestiers granulés - il est souvent mélangé en solis pour améliorer leurs propriétés en termes de stabilité et de disponibilité organique. Biochar qui a été recouvert de magnétite en poudre a été montré expérimentalement - en laboratoire et sur le terrain - pour éliminer l’excès de phosphates du sol à un taux de phosphate de 3,38 mg par gramme de biochar enduit(13). Cela représente une réduction de la lixiviation des phosphates d’environ deux tiers par rapport au sol non traité.
Magnétite et voies biologiques dans le sol
La méthanogenèse est un phénomène naturel dans les sols anoxiques qui est la dernière étape de la décomposition de la matière organique - donc pour former le sol lui-même. Le processus peut être largement considéré comme la «fixation» biologique du dioxyde de carbone et du méthanol dans le sol - ils sont tous deux transformés à l’aide d’organismes bactériens en méthane. Le méthane produit est une proportion importante des accumulations de gaz naturel accumulées. Des recherches récentes dans ce domaine ont sondé les additifs au sol déjà existant, ce qui pourrait accélérer la voie de la méthanogenèse - des études expérimentales menées en laboratoire ont ajouté de la magnétite et du carbone granulaire activé aux communautés microbiennes et ont montré que la magnétite augmente la méthanogenèse (et donc produit du méthane) de près de 20 %(14). Les chercheurs ont rapporté que la présence de magnétite a activé certaines fonctions d’activation génétique.
Conversion de la magnétite en maghemite et autres oxydes de fer
Maghemite, γ-Fe2O3, se forme lorsque la magnétite est exposée à des températures dans la région de 350 à 400 °C, ou dans des conditions oxydantes. Certains sols naturellement riches en magnétite peuvent contenir des quantités modérées à élevées de maghemite, comme celles que l’on trouve dans les climats tropicaux. La magnétite n’est pas stable dans les sols humides sur de longues périodes, se convertissant en magnemite(15).
En outre, la magnétite peut réagir avec des nitrites dans les sols(16). Ces nitrites sont souvent des composants d’engrais, et si la magnétite est présente portant des ions Fe3 en présence de nitrite, il peut enlever le nitrate du sol, éventuellement le réduire à l’oxyde nitrique, puis au gaz d’oxyde nitreux, qui quitte le sol. La dénitrification du sol n’est pas idéale car elle exige que plus d’azote soit fixé dans le sol, selon le cycle de l’azote. Dans les sols dérivés de la stéatite, la magnétite peut être convertie en hématite(17), pendant la formation du sol.
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