Adsorption améliorée

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 17054 (2022) Citer cet article

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Le rejet inapproprié de piles sèches usagées et d’effluents non traités chargés d’antibiotiques dans l’environnement constitue une menace sérieuse pour la subsistance de l’écosystème. Dans cette étude, la synthèse d’un nanocomposite réduit d’oxyde de graphène-ZnO (rGO-ZnO) a été réalisée via un processus de bioréduction utilisant des tiges de piles sèches usagées comme précurseur d’oxyde de graphène (GO). Le nanocomposite a été appliqué à la dégradation photocatalytique ultraviolette du chloramphénicol (CAP) à 290 nm en présence de peroxyde d'hydrogène. Le nanocomposite RGO-ZnO a été caractérisé par SEM, TEM, XRD, BET et FTIR. L’image TEM du nanocomposite a révélé un oxyde de zinc polydispersé quasi-sphérique sur une surface d’oxyde de graphène grossièrement réduite. Les modèles XRD ont montré des phases hexagonales de wurtzite cristallines nettes et proéminentes de ZnO et de rGO. La surface BET du nanocomposite était de 722 m2/g avec une taille de pores de 2 nm et un volume de pores de 0,4 cc/g. Le pourcentage d'efficacité de photoélimination augmente avec l'augmentation du temps d'irradiation, mais diminue avec un pH, une température et une concentration de CAP plus élevés. Le processus d'adsorption photocatalytique s'adapte plus précisément au modèle de Freundlich (R2 = 0,99), indiquant un mécanisme d'adsorption multicouche. Une réduction de 92,74 % du niveau de demande chimique en oxygène (DCO) des effluents vétérinaires a été obtenue après traitement avec le nanocomposite, confirmant ainsi son efficacité dans des échantillons réels d'eaux usées.

Depuis leurs premières découvertes il y a plusieurs décennies, les antibiotiques ont trouvé des applications utiles dans les soins humains et animaux à des fins de prévention, de traitement et d’amélioration de la croissance des maladies1. Divers antibiotiques utilisés à ces fins comprennent l'azithromycine, le chloramphénicol, la tétracycline, la streptomycine, etc. Cependant, ces dernières années, des antibiotiques et leurs résidus ont pénétré dans l'environnement via les usines de production, les stations d'épuration des eaux usées, les hôpitaux, les décharges, etc. où ils sont désormais apparus comme un groupe important de polluants environnementaux2. Différents niveaux de résidus d'antibiotiques ont été signalés dans les effluents pharmaceutiques et agricoles, avec leurs effets toxiques sur les organismes aquatiques et terrestres2.

Les procédés d'oxydation avancés tels que la photocatalyse homogène/hétérogène à base de semi-conducteurs, la sonocatalyse, le fenton, l'oxydation électrochimique, l'ozonation, etc. ont attiré énormément d'attention au cours des dernières décennies pour le traitement des effluents pharmaceutiques et agricoles en raison de leurs nombreux avantages, notamment la rentabilité, le temps et la capacité à dégrader les polluants organiques et inorganiques en substances moins toxiques3,4,5,6,7. Les semi-conducteurs tels que les nanoparticules de sulfure de cadmium (CdS), de sulfure de zinc (ZnS), d'oxyde ferrique (Fe2O3), d'oxyde de titane (TiO2) et d'oxyde de zinc (ZnO) peuvent fonctionner comme un sensibilisateur pour les réactions redox réduites à la lumière via la génération d'espèces oxydantes réactives. y compris les radicaux hydroxyles, le peroxyde d’hydrogène et les anions superoxydes8.

L'oxyde de zinc est un semi-conducteur composé II-VI. Il possède une bande interdite de 3,4 eV et une longueur d'onde de 387 nm et peut être excité dans la région ultraviolette (UV) du spectre électromagnétique9. Les nanoparticules d'oxyde de zinc ont été largement utilisées dans les agents antimicrobiens, les applications de détection de gaz et, surtout, dans le traitement photocatalytique des eaux usées en raison de leur coût de production relativement bon marché, de leurs conditions de réaction douces10,11, etc.

À l’inverse, certains problèmes souvent rencontrés avec les photocatalyseurs semi-conducteurs incluent une plage d’absorption étroite, la photocorrosion, la recombinaison de paires électron-trou, la photo-instabilité en milieu aqueux, une large bande interdite nécessitant une énergie d’activation énorme, etc.11,12. L'intégration de matériaux graphitiques (oxyde de graphène réduit) s'est avérée efficace pour empêcher la recombinaison des paires électron-trou, améliorer le transport des porteurs de charge dans les semi-conducteurs, améliorer la capacité d'adsorption, la conductivité et les activités photocatalytiques globales 13,14.