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Dec 03, 2023

Production de nanobiocomposite magnétique Ni0,5Co0,5Fe2O4/charbon actif@chitosan comme nouvel adsorbant du bleu de méthylène dans des solutions aqueuses

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 6137 (2023) Citer cet article 992 Accès 1 Détails Altmetric Metrics Le bleu de méthylène est un colorant cationique, non dégradé naturellement en raison de ses cycles aromatiques.

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6137 (2023) Citer cet article

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Détails des métriques

Le bleu de méthylène est un colorant cationique, non dégradé naturellement en raison de ses noyaux aromatiques. En conséquence, des méthodes de traitement biologique, chimique et physique de l'eau ont été proposées pour son élimination. L'adsorption est une méthode économique et efficace à cet égard. Dans cette étude, le nanobiocomposite magnétique ferrite nickel-cobalt/charbon actif @chitosan a été synthétisé comme adsorbant. Le nano-adsorbant a été évalué avec FESEM, qui a estimé la taille des particules à ~ 16,64 nm. Selon l'analyse EDAX, la pureté des particules était de 99 %. La caractérisation XRD a montré la couverture réussie du chitosane, le placement correct de la ferrite nickel-cobalt et la non-structure des cristallites. La surface spécifique était de 316 m2/g en utilisant la théorie BET et de 285 m2/g en utilisant la théorie de Langmuir, et le volume de porosité était de 0,18 cm3/g. Selon l'analyse VSM, la réluctance magnétique et la force coercitive étaient respectivement de 1,1 emu/g et 499 Oe. L'analyse FTIR a montré que la réaction a réussi et que du bleu de méthylène était présent sur la surface de l'adsorbant. Le test d'adsorption au bleu de méthylène a indiqué que 388 mg/g de colorant étaient adsorbés (élimination du colorant à 97 %) et que la concentration finale atteignait 6 mg/L après 8 h. Le point de charge nulle (pHpzc) était de 6,8.

L’élimination inappropriée de polluants tels que les ions de métaux lourds, les colorants, les effluents pharmaceutiques, les pesticides et les composés organiques dans les environnements aquatiques constitue un défi mondial1. Les colorants sont des polluants pouvant provoquer une mutagenèse et une cancérogenèse. Ils sont utilisés comme produits chimiques de base dans diverses industries telles que le cuir, le papier, le textile, le caoutchouc, le plastique, les médicaments et les cosmétiques1. L'élimination des effluents contenant des colorants dans les sources d'eau augmente la pollution de l'eau, bloque la lumière du soleil et perturbe l'équilibre écologique2. De plus, les anneaux aromatiques dans la structure de certains colorants anioniques et cationiques les rendent toxiques et entraînent des étourdissements, une jaunisse, une cyanose, des brûlures, des allergies, des vomissements et de la diarrhée s'ils sont dégradés dans l'organisme2. Il est donc nécessaire d’éliminer ces polluants de l’eau. À mesure que la technologie évolue, de nouvelles méthodes ont été introduites pour le traitement de l’eau. Les méthodes de traitement de l’eau sont divisées en trois groupes : chimique, comprenant l’oxydation3, l’échange d’ions4 et la précipitation5 ; physiques, y compris la filtration6, l'adsorption7, la flottation à l'air8 et la coagulation9 ; et biologique, y compris aérobie et anaérobie2. En général, en raison du faible coût et de l’efficacité élevée de l’adsorption, il s’agit de la méthode de traitement de l’eau la plus appropriée et la plus efficace. Divers composés ont été utilisés comme adsorbants, par exemple les nanotubes de carbone10, le charbon actif11, la zéolite12, les oxydes métalliques13, le chitosane14, les nanomatériaux noyau-coquille15, les nanocomposites magnétiques16, le silicone17 et les hydroxydes bicouches18. Parmi les composites magnétiques, la ferrite de cobalt/montmorillonite19 et l'oxyde de graphène/chitosane20 ont été évalués pour l'élimination du bleu de méthylène. Cependant, la plupart de ces composés manquent à la fois de structure poreuse, de stabilité chimique élevée, de structure biologique et de propriétés d’isolation faciles. Par exemple, le chitosane ne peut pas être isolé facilement. Cette étude vise à synthétiser Ni0.5Co0.5Fe2O4/Charbon actif@Chitosan en tant que nanobiocomposite présentant toutes les caractéristiques favorables d'un nano-absorbant. Le charbon actif a une structure poreuse et est un composé bio-friendly et chimiquement stable qui a été utilisé dans ce nano-absorbant. De plus, le chitosane est un adsorbant polymère naturel capable d’adsorber les colorants grâce aux groupes hydroxyle et amine présents dans ses chaînes polymères21. Le chitosane a été utilisé pour ses propriétés biologiques, empêchant la dispersion du nanobiocomposite dans l'eau, une réaction appropriée avec les colorants et améliorant le processus d'adsorption. Enfin, la ferrite nickel-cobalt a été utilisée pour assurer la séparation magnétique des nanocomposites des solutions aqueuses. L'analyse BET a été réalisée pour évaluer la porosité, FESEM pour confirmer la morphologie souhaitée, XRD pour confirmer les propriétés de cristallisation et évaluer la taille des cristallites, FTIR pour confirmer le succès de la réaction et la présence de bleu de méthylène après adsorption du colorant par le nanocomposite, VSM pour évaluer les propriétés magnétiques des nanoparticules et EDAX pour évaluer la pureté du composé. Le test d'adsorption au bleu de méthylène a été réalisé pour optimiser les paramètres efficaces sur le processus d'adsorption, tels que la dose d'adsorption, la concentration initiale de bleu de méthylène, le pH et la température. PHpzc a également été obtenu pour évaluer l'effet du pH sur le processus d'adsorption en termes de charge de surface.