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Jun 16, 2023

Dopage au soufre accordable sur des nanostructures CuFe2O4 pour l'élimination sélective des colorants organiques de l'eau

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 6306 (2023) Citer cet article 1206 Accès 8 Citations 3 Détails de Altmetric Metrics Dans ce travail, des photocatalyseurs de ferrites de cuivre dopés au soufre (S-CuFe2O4)

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6306 (2023) Citer cet article

1206 Accès

8 citations

3 Altmétrique

Détails des métriques

Dans ce travail, des photocatalyseurs à base de ferrites de cuivre dopés au soufre (S-CuFe2O4) ont été synthétisés avec succès pour la première fois en utilisant la méthode hydrothermale facile. Les photocatalyseurs tels que synthétisés ont été caractérisés par les techniques XRD, Raman, TGA, FT-IR, UV – Vis-DRS, SEM, EDX et PL. Les résultats ont révélé que le dopage au soufre s'est avéré être une alternative appropriée qui provoque des contraintes dans les réseaux lorsque les anions remplacent l'oxygène des nanostructures CuFe2O4. Grâce aux dopants au soufre, les photocatalyseurs sont capables de piéger et de transférer efficacement les charges photoinduites, ce qui supprime facilement la recombinaison des charges. Un spectrophotomètre UV-Vis a été utilisé pour surveiller la dégradation de colorants organiques toxiques sélectifs (RhB, CR, MO et CV) dans des milieux aqueux. Les résultats de dégradation du colorant fournissent la preuve des performances étonnamment supérieures du S-CuFe2O4 par rapport au CuFe2O4 vierge. Sur la base de son efficacité, ce travail peut être considéré comme un excellent candidat pour la science de la photocatalyse.

La pollution de l’eau est l’un des problèmes environnementaux les plus graves au monde. L’industrialisation produit des eaux usées qui contiennent une variété de polluants nocifs1. Les polluants les plus répandus sont les colorants organiques synthétiques, largement utilisés dans diverses industries et qui constituent de graves menaces pour l'environnement aquatique2. Les colorants azoïques largement utilisés dans les industries textiles se sont avérés cancérigènes et tueurs pour les cellules hépatiques3. De même, le méthylorange (MO) et le cristal violet (CV) sont des colorants azoïques anioniques toxiques et hydrosolubles dotés de structures chimiques complexes qui provoquent des irritations gastro-intestinales, respiratoires et cutanées. Le rouge Congo (CR) est un colorant azoïque cancérigène, mutagène et provoquant des problèmes de reproduction4. La rhodamine B (RhB) est un colorant fluorescéine qui provoque une irritation de la peau et des yeux et est toxique en cas d'ingestion. Ces colorants fluorescéines sont extrêmement cytotoxiques pour les tissus des mammifères et provoquent des modifications morphologiques et génétiques5,6. Ainsi, la pollution de l’eau devient un défi, notamment pour les communautés urbaines situées à proximité des zones industrielles. Il est donc crucial d’éliminer ces colorants des eaux usées en utilisant une approche économique7,8.

Diverses stratégies ont été développées pour la dégradation des colorants dans l'eau contaminée. L'adsorption, le dépôt électrochimique, les réactions redox et le traitement biologique sont des exemples de ces méthodes9,10. Cependant, en raison de la toxicité inhérente, de la production de polluants secondaires et du coût élevé de ces approches, ces méthodes se sont révélées inefficaces11. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour développer des matériaux rentables, stables et sans risque pour résoudre ces problèmes. La dégradation photocatalytique des colorants est un processus peu coûteux, polyvalent et économe en énergie qui décompose les colorants organiques dans l'eau à l'aide de la lumière et d'un catalyseur12,13. À cette fin, divers oxydes métalliques, sulfures, points quantiques, nanoparticules de métaux nobles, polymères, matériaux hybrides dopés aux métaux et non métalliques, matériaux à base de graphène, nanoclusters d'or et ferrites de métaux de transition ont été utilisés14,15,16,17,18. ,19,20,21,22,23,24. Parmi ceux-ci, les nanomatériaux de ferrites de métaux de transition ont un faible coût, une stabilité chimique élevée, une grande surface spécifique, une réutilisabilité et des propriétés catalytiques25.

Pour les applications de dégradation des colorants, un certain nombre de ferrites, notamment les ferrites spinelles, auraient été utilisés comme catalyseurs26. Ainsi, les ferrites spinelles appartiennent à la classe de composés de type M2+M23+O4 qui ont attiré une grande attention dans les études sur la dégradation des colorants27,28. La formule typique des ferrites spinelles est MFe2O4, où M = Zn, Mn, Ni, Cu, etc. La composition et la structure des ferrites influencent leur capacité à adsorber les substances, qui dépend de leur morphologie et de leur structure cristalline inhérente29. CuFe2O4 est un matériau de type spinelle avec une bande interdite étroite, une stabilité photochimique et une activité de lumière visible28. De plus, sa faible toxicité, sa rentabilité, sa polyvalence et sa recyclabilité en font un catalyseur attrayant pour les applications de purification de l’eau30,31. Diverses méthodes ont été rapportées pour synthétiser des microstructures de ferrites spinelles telles que le sol-gel, la photo ainsi que l'électrodéposition, la réaction à l'état solide, la méthode hydrothermale et la coprécipitation . La méthode hydrothermale est préférée en raison de sa polyvalence, de son uniformité, de sa pureté et de sa facilité de synthèse33.