Collagène hybride

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13365 (2023) Citer cet article

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La pollution de l’eau due aux colorants synthétiques et aux marées noires a un impact important sur l’environnement et les espèces vivantes. Ici, nous avons développé un nanocomposite de bio-éponge hybride magnétique peu coûteux, respectueux de l’environnement et facilement biodégradable, à partir de ressources renouvelables telles que le collagène et la cellulose (fibre de cellulose-collagène Kenaf, KFCC). Nous l'avons chargé de NP bimétalliques magnétiques Fe3O4@TiO2 (BFT) pour produire un matériau photocatalyseur (KFCC-BFT) pour le traitement des eaux usées colorées ainsi qu'un sorbant pour la séparation huile-eau. La caractérisation des NP bimétalliques BFT par XRD, HRTEM et VSM a montré le dépôt de particules de TiO2 sur la surface de Fe3O4 avec des intercouches de réseau espacées de 0,24 et 0,33 nm pour Fe3O4 et TiO2, respectivement avec des propriétés ferromagnétiques. Le résultat des spectres de réflectance diffuse UV-vis indique que l'énergie de la bande interdite des bio-éponges diminue avec l'augmentation de la fraction bimétallique. L'efficacité photocatalytique de la bio-éponge hybride magnétique telle que préparée dans la dégradation du colorant cristal violet atteignait 91,2 % dans des conditions de lumière visible et 86,6 % sous exposition directe au soleil. De plus, la bio-éponge hybride magnétique a été utilisée pour séparer l'huile moteur de l'eau (> 99 %) et avait une capacité de sorption d'huile élevée de 46,1 g/g. L'étude des performances de recyclabilité et de réutilisation pendant 9 cycles a révélé que la bio-éponge avait une capacité de sorption élevée jusqu'à 5 cycles. Nos résultats suggèrent que le nanocomposite hybride BFT supporté par un biopolymère est un photocatalyseur rentable et facilement biodégradable et présente un grand potentiel pour des applications réelles d'assainissement de l'environnement.

La pollution de l’environnement, principalement la pollution de l’eau, constitue actuellement une menace mondiale majeure qui présente de graves risques pour la santé humaine et celle des écosystèmes. La pollution de l’eau constitue une préoccupation majeure pour toutes les parties prenantes, notamment la société, les pouvoirs publics et les industries1. Le développement rapide d’industries telles que celles du textile, du cuir, de la peinture, du papier, de l’imprimerie et du plastique ainsi que du pétrole et du gaz offshore entraîne une augmentation des rejets de divers polluants dans l’eau2. L'un des polluants les plus courants sont les polluants organiques tels que les colorants organiques, les produits agrochimiques, les phénols, les déchets cosmétiques, pharmaceutiques et pétrochimiques, qui sont très dangereux pour les organismes aquatiques et endommagent des écosystèmes entiers en raison de la réduction de la quantité d'oxygène dissous dans l'eau. leur processus de décomposition oxydative3,4. Parmi divers polluants organiques, les colorants solubles et les huiles insolubles causent de graves dommages à l’écosystème. Les colorants synthétiques sont les plus utilisés dans les industries et sont composés de molécules polyaromatiques contenant une ou plusieurs liaisons azoïques N=N–) qui donnent une couleur permanente aux matériaux. L'application des colorants synthétiques est diversifiée, allant des industries du textile et de la peinture aux industries du cuir5,6,7. Les colorants synthétiques inutilisés présents dans l'eau sont toxiques, cancérigènes et mutagènes et peuvent affecter le milieu aquatique et l'homme, même à faible concentration5,6. Il est difficile d’éliminer complètement les polluants colorés de l’eau à l’aide de techniques traditionnelles de traitement des eaux usées telles que l’absorption et l’oxydation8,9.

En général, les effluents contenant des contaminants solubles, des solides, des colloïdes, des matières organiques et des minéraux sont éliminés au moyen de diverses techniques physiques, chimiques et/ou biologiques10. Pour l'élimination des contaminants organiques des effluents contaminés, les techniques conventionnelles de traitement de l'eau telles que la flottation à l'air, la précipitation, la coagulation, l'oxydation, l'adsorption, l'échange d'ions, la filtration sur membrane, etc., sont populaires11,12. Chaque méthode de traitement présente ses propres avantages et limites, tels que les coûts opérationnels, l'efficacité, la fonctionnalité, la fiabilité, l'impression écologique, les exigences de post-traitement, ainsi que la création de boues et de sous-produits toxiques. En cas de dégradation intense, la dégradation photocatalytique a été considérée comme une approche efficace et avancée pour éliminer les colorants des eaux usées en raison de ses avantages tels que son faible coût, sa dégradation non sélective et son fonctionnement avec une technologie de séparation conventionnelle sans autre pollution secondaire13. Parmi les différents photocatalyseurs semi-conducteurs développés pour l'élimination des contaminants organiques dans les eaux usées, les nanoparticules de TiO2 (NP) ont été largement utilisées en raison de leur non-toxicité, de leur faible coût et de leur disponibilité, de leur excellente stabilité chimique et thermique, de leur activité catalytique élevée et de leurs excellentes propriétés de support14,15. ,16. Cependant, les NP TiO2 présentent certains inconvénients qui limitent leurs utilisations réelles en tant que photocatalyseurs pour le traitement des eaux usées, notamment l'agglomération, le taux de recombinaison élevé des paires électron-trou photo-générées et une récupération difficile en raison de la taille plus petite des particules. De plus, la grande énergie intrinsèque de la bande interdite (3,23 eV) limite l’utilisation des NP TiO2 pour les applications d’irradiation solaire20. Les NP bimétalliques Fe3O4@TiO2 (BFT) ont fait l’objet d’études approfondies pour surmonter le problème de séparation ou de récupération du TiO221. Les photocatalyseurs magnétiques à base de Fe3O4 NP fournissent une véritable méthode pratique sur le terrain pour récupérer les particules magnétiques des milieux réactionnels ainsi que pour une éventuelle réutilisation du catalyseur. De plus, les NP magnétiques Fe3O4 ont un magnétisme supérieur, une excellente compatibilité, une faible cytotoxicité malgré une charge élevée et peuvent accélérer le transfert d'électrons photo-induits entre (Fe3+, Fe2+) pour augmenter l'activité photocatalytique du TiO222,23.