Synthèse d'un nouveau produit organique multifonctionnel

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12845 (2023) Citer cet article

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Dans cette étude, nous avons utilisé des stratégies de mécano-synthèse assistée par solvant pour former des nanocomposites organiques-inorganiques multifonctionnels capables d'éliminer les contaminants organiques et inorganiques. Un composite de zéolite X (Ze) et de charbon actif (AC) a été synthétisé via un mélange mécanique de pointe en présence de quelques gouttes d'eau pour former Ze/AC. Le deuxième composite (Ze/L/AC) a été synthétisé d'une manière similaire, cependant, ce composite comportait l'ajout de téréphtalate disodique comme agent de liaison. Les deux matériaux, Ze/AC et Ze/L/AC, ont été caractérisés à l'aide d'un microscope électronique à balayage (MEB), d'une spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDS), d'une diffraction des rayons X sur poudre (P-XRD) et d'une spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier. (FTIR), système de surface et de porosimétrie accélérés (ASAP) et analyse gravimétrique thermique (TGA). Le SEM-EDS a affiché la structure de surface et la composition de chaque matériau. Les teneurs en sodium, oxygène et carbone ont augmenté après que le lieur ait connecté Ze et AC. Le P-XRD a confirmé la cristallinité de chaque matériau ainsi que des composites, tandis que le FTIR a indiqué les groupes fonctionnels (C=C, O-H) dans Ze/L/AC. Les expériences d'adsorption de contaminants ont étudié les effets du pH, de la température et de la force ionique sur l'adsorption du bleu de méthylène (MB) et du Co(II) pour chaque matériau. Dans l'adsorption du MB, la vitesse de réaction de premier ordre de Ze/L/AC (0,02 h−1) était le double de celle de Ze/AC (0,01 h−1). La vitesse de réaction de Ze/L/AC (4,8 h−1) était également extraordinairement supérieure à celle de Ze/AC (0,6 h−1) dans l'adsorption de Co(II). Le composite Ze/L/AC a atteint une capacité d’adsorption maximale de 44,8 mg/g pour le MB et de 66,6 mg/g pour les ions Co(II). L'adsorption MB de Ze/AC et Ze/L/AC était la mieux adaptée au modèle de Freundlich avec un R2 de 0,96 et 0,97, respectivement, ce qui indiquait l'adsorption multicouche. Dans l'adsorption de Co(II), les données étaient parfaitement adaptées au modèle de Langmuir avec R2 de 0,94 et 0,92, ce qui indiquait l'adsorption monocouche. Ces résultats ont indiqué que les deux matériaux présentaient une chimisorption. L'énergie d'activation de Ze/L/AC dans l'adsorption de MB (34,9 kJ mol−1) était supérieure à celle de Ze/L/AC dans l'adsorption de Co (II) (26 kJ mol−1).

La pollution causée par l’utilisation excessive d’ions de métaux lourds et de matières organiques dans les processus industriels a directement et indirectement conduit au rejet de déchets dans les cours d’eau, contaminant les écosystèmes et affectant la vie humaine1,2,3. Les ions de métaux lourds comme le cobalt (II), le nickel (II), le chrome (VI), le plomb (II) et d'autres peuvent être toxiques pour la vie, même à faibles concentrations4,5,6,7. La toxicité du cobalt, du nickel, du chrome et du plomb peut survenir respectivement à 7 µg/L, 100 µg/L, 50 µg/L, 5 µg/dL8,9. Les métaux lourds comme le cobalt sont rejetés dans l'environnement de multiples manières, notamment par l'utilisation de Co non radioactif dans les processus industriels et des radionucléides 60Co et 58Co en médecine5. Il a été rapporté que le taux de cobalt dans le sang était associé à une augmentation de la spasticité musculaire8. De même, des niveaux élevés de polluants organiques tels que les colorants et les composants phénoliques peuvent être hautement toxiques. Par exemple, la consommation de bleu de méthylène (MB) peut provoquer une transpiration abondante, des nausées, des vomissements, une apoptose neuronale, des sensations de brûlure et de nombreux autres effets négatifs sur la santé10,11.

Diverses méthodes efficaces ont été appliquées pour filtrer les métaux lourds et les colorants, notamment l'osmose inverse, la distillation et l'adsorption. Cependant, il est difficile de trouver une méthode peu coûteuse et efficace. Par exemple, l’osmose inverse est la méthode la plus couramment appliquée pour filtrer l’eau, mais elle gaspille souvent une quantité importante d’eau12. De plus, le processus d’osmose inverse élimine toujours une grande quantité de minéraux sains présents dans l’eau12. La distillation est une autre méthode courante, mais elle ne peut filtrer que de petites quantités d’eau et coûte plus d’énergie13. Parmi les méthodes, l’adsorption reste la méthode la plus efficace en raison de sa grande efficacité et de son faible coût13. Les adsorbants peuvent être produits à moindre coût à partir de matériaux peu coûteux comme les déchets agricoles, les nanomatériaux et les polymères13. Ces adsorbants peuvent être conçus physiquement et chimiquement pour filtrer des contaminants spécifiques. Par exemple, divers types de matériaux à structure organométallique (MOF), notamment les Zr-MOF, ZIF-8, ZIF-67 et KIUB-MOF-1, ont été conçus pour éliminer des métaux spécifiques tels que le plomb, le mercure, le bleu de méthylène et le méthyle. orange14,15,16.