Préparation et caractérisation des faibles

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Jan 19, 2024

Préparation et caractérisation des faibles

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 4493 (2023) Citer cet article 1661 Accès 1 Citations Détails des mesures Le vert de malachite utilisé dans les industries du textile et de la teinture est un composé persistant courant.

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4493 (2023) Citer cet article

1661 Accès

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Le vert malachite utilisé dans les industries textiles et de teinture est un polluant persistant courant dans les eaux usées et l'environnement, entraînant des risques majeurs pour la santé humaine et les organismes aquatiques. Dans cette étude, la méthodologie de surface de réponse a été appliquée pour optimiser l'élimination par adsorption du vert de malachite à l'aide de nano-bentonite, d'argile imprégnée de MgO et de Mucor sp. matériaux composites. Les nanomatériaux et Mucor sp. composites ont été caractérisés par FTIR, SEM et diffractométrie des rayons X. Selon les résultats obtenus, la nano-bentonite présente une efficacité d'adsorption maximale de MG de 98,6 % à 35 °C, pH 7,0, temps de contact de 60 min, dosage d'adsorbant de 1,0 g/L et concentration initiale de MG de 50 mg/L. D’autre part, l’efficacité maximale d’adsorption de MG sur l’argile imprégnée de MgO de 97,04 % est observée à un pH de 9,0, un temps de contact de 60 min, un dosage d’adsorbant de 0,7 g/L et une concentration initiale de MG de 50 mg/L. L'isotherme d'adsorption du vert malachite (MG) sur argile imprégnée de MgO correspondait à l'isotherme de Freundlich, avec un coefficient de corrélation (R2) de 0,982. Cependant, l’isotherme d’adsorption de Langmuir s’est avérée mieux adaptée à la nano-bentonite (R2 = 0,992). Les activités d'adsorption de la nano-bentonite et de l'argile imprégnée de MgO ont été intégrées dans un modèle cinétique de pseudo-second ordre avec R2 de 0,996 et 0,995, respectivement. De plus, bien qu'il ait été recyclé à plusieurs reprises, l'adsorbant a conservé sa stabilité structurelle élevée et son efficacité d'élimination de la nano-bentonite (94,5 à 86 %) et de l'argile imprégnée de MgO (92 à 83 %).

La pollution de l’eau causée par les eaux usées provenant des activités de fabrication textile est une préoccupation mondiale majeure. L’une des tâches les plus difficiles auxquelles sont confrontés les chercheurs du monde entier au XXIe siècle est de fournir l’eau potable nécessaire aux activités industrielles, domestiques et agricoles1. Les usines textiles sont responsables d’un des problèmes majeurs de pollution environnementale dans le monde, car elles rejettent des effluents de teintures indésirables2. L'industrie textile consomme 100 à 200 L d'eau par kg de textiles produits, ce qui entraîne la génération de grandes quantités d'eaux usées pendant le processus de teinture3. À l’échelle mondiale, environ 280 000 tonnes de colorants synthétiques sont déversées chaque année dans les cours d’eau naturels à partir des eaux usées produites par diverses industries, telles que les fabricants de cuir, d’aliments, de textiles, de papier, de cosmétiques, d’imprimerie et de tapis4. Ce rejet a un impact négatif sur la qualité visuelle des masses d'eau et interfère avec le cycle de vie des organismes aquatiques en réduisant la pénétration de la lumière solaire dans l'eau, ce qui inhibe la photosynthèse et la croissance des plantes, affectant ainsi l'activité biologique des animaux aquatiques ; par ailleurs, les colorants synthétiques présents dans les plans d’eau provoquent également une contamination des sols5. Le vert malachite (MG) est un colorant synthétique utilisé pour teindre la soie, le coton, le cuir, la laine et le papier. Il est également utilisé comme fongicide et désinfectant dans l'industrie piscicole, car il permet de contrôler les parasites et les maladies des poissons6. Le MG est un composé cationique triphénylméthane hautement soluble dans l’eau7. Il est également hautement toxique pour les cellules de mammifères à des concentrations inférieures à 0,1 g/mL8. Le MG se caractérise par une structure moléculaire complexe, une stabilité élevée, une non-biodégradabilité et une résistance élevée à la lumière et aux agents oxydants7. Lorsqu’il s’écoule dans le cours d’eau récepteur, ce colorant affecte négativement le cycle de vie des organismes aquatiques en interférant avec la physiologie du foie hypophysaire, des branchies, des reins, des intestins, des gonades et des cellules végétatives des gonades9. Chez l’homme, l’inhalation de MG peut provoquer une inflammation des voies respiratoires, tandis que son ingestion peut provoquer une inflammation du tube digestif10. MG est dangereux pour les humains et mutagène ; de plus, sa présence affecte les systèmes immunologique et reproducteur11. Le vert malachite peut être converti en leucoVert malachite et en carbinol, qui sont toxiques pour l'homme. Dans les muscles, la graisse et les organes internes des poissons, la MG a une demi-vie de 10 jours12. Ce colorant cationique est également durable dans l’environnement, avec une demi-vie de 12,9 à 50,34 jours dans les sédiments13. De nombreuses technologies ont été utilisées pour traiter les eaux usées textiles, notamment des méthodes de traitement physiques, chimiques et avancées, telles que la filtration sur membrane, l'échange d'ions, la technologie électrochimique, la coagulation, la floculation, l'osmose inverse, l'oxydation chimique, l'ozonation14 et le traitement biologique des champignons et des bactéries. effets15. Cependant, la plupart de ces technologies présentent divers inconvénients, notamment une faible efficacité, des investissements importants, une consommation d’énergie élevée, un coût élevé, une non-sélectivité, une inadéquation aux applications à grande échelle et la formation de boues secondaires nocives16. Parmi les stratégies de traitement, l’adsorption est l’une des méthodes les plus attrayantes et efficaces pour éliminer les colorants des échantillons d’eau polluée. Cette technique offre divers avantages, notamment une conception simple, des adsorbants recyclables, un fonctionnement simple, une non-toxicité, un faible coût et un investissement initial modeste17. Ces adsorbants recyclables comprennent le charbon actif (AC)18, l’écorce de chaux19 et la pierre ponce20. Cependant, les différents adsorbants utilisés pour purifier l’eau présentent divers inconvénients. Par exemple, la réutilisation du climatiseur nécessite une régénération, ce qui est coûteux et limite son application à grande échelle dans le traitement des eaux usées. De plus, certains adsorbants sont efficaces contre un nombre limité de colorants et sont difficiles à séparer de l’eau traitée21. La référence22 s'est concentrée sur l'immobilisation de la peroxydase de raifort sur des supports tels que les fibres électrofilées de polyamide-6, qui ont été utilisées pour la décoloration des colorants textiles réactifs noir 5 et vert malachite à partir de solutions imitant les eaux de mer polluées et ont atteint plus de 70 %. La référence 23 a présenté l'application de l'immobilisation de la laccase de Trichoderma versicolor sur divers supports, tels que TiO2 – ZrO2 – SiO2, pour éliminer le colorant azoïque noir réactif 5 (RB5), le colorant anthraquinone réactif bleu 4 (RB4), les efficacités de dégradation atteignant 100 % , 91 % et 77 %, respectivement, ils ont gagné plus de 70 % de l'activité catalytique de la laccase immobilisée sur TiO2 – ZrO2 – SiO2, même après cinq cycles d'exécution. Récemment, des scientifiques ont développé un matériau adsorbant efficace et économique, les composites polymères nano-argile, pour surmonter les défauts des méthodes traditionnelles de purification des eaux usées de l'industrie textile et réduire leur menace environnementale. Actuellement, l’argile est largement utilisée dans diverses industries, notamment les cosmétiques, l’exploration pétrolière, les produits pharmaceutiques, l’alimentation et la fabrication du papier, car elle est facilement disponible, non toxique et possède un potentiel d’échange d’ions pour l’élimination des colorants des eaux usées24. Parmi les matériaux argileux étudiés, la bentonite a reçu une attention considérable en tant qu'adsorbant en raison de son faible coût, de sa renouvelabilité, de sa grande surface spécifique, de sa bonne stabilité chimique et mécanique et de son abondance dans la nature25. De plus, la bentonite est majoritairement composée de montmorillonite26. La bentonite brute a une faible capacité d'adsorption pour les colorants cationiques, elle est donc modifiée à l'aide de traitements physiques et chimiques. Cependant, le réseau superficiel chargé négativement de l’argile bentonite peut avoir une capacité d’absorption supérieure pour les colorants cationiques27. La bentonite modifiée traitée chimiquement a été utilisée pour éliminer le bleu de méthylène basique cationique28, les ions métalliques29 et le cristal violet30. Ainsi, cette étude vise à évaluer l'efficacité de la modélisation de la méthodologie de surface de réponse, qui a été analysée au cours des expériences pour optimiser et évaluer les effets interactifs de la nano-bentonite, de l'argile imprégnée de MgO et de Mucor sp. sur la suppression de MG. De plus, des isothermes, des modèles de pseudo-premier ordre et de pseudo-second ordre ainsi que des paramètres thermodynamiques ont été déterminés.

 pHpzc. The low adsorption capacity exhibited by the two species under acidic conditions could be mainly attributed to the decrease in the number of negative charges on the adsorbents’ surfaces and the increase in the number of positively charged sites in the adsorbents, which can cause electrostatic repulsion between the adsorbent and the dye molecules; moreover, the presence of excess amounts of H+ ions may result in the said ions competing with the cationic MG species for adsorption onto nano-bentonite and MgO-impregnated clay. As a consequence, the probability of MG molecules being adsorbed on the two adsorbents may decrease. By contrast, as the pH increased, the deprotonation of the acid sites on the surface of nano-bentonite and MgO-impregnated clay composites resulted in the number of negatively charged adsorbent sites to increase46. According to Ref.47, who examined the relationship between pH and the adsorption of MG onto bentonite, the interactions between the cationic amine moiety of MG and the negatively charged SiO2 in the bentonite. The cationic active sites are present and exhibit an increased likelihood of binding MG when the pH of the solution is between 5 and 6. As a result of the strong electrostatic interactions between MG and the adsorbents, the surface diffusion of the dye molecules increases. Similar conclusions were reached by Ref.30,who attributed the increase in adsorption observed as the pH increased to a reduction in the competition for functional groups between the target cations and the protons present in solution. Our findings paralleled those of Ref.48, who discovered that the removal of MG dye by titanium coated graphite was lowest at pH 3.0 (56.2%) and highest at pH 7 (95%). Our results are consistent with those reported in Ref.17 at pH 7, the Shell's seeds of Ziziphus spina christi adsorbed 91.1% of Malachite green dye./p> 1), linearly favorable (RL = 1), and or irreversible (RL = 0). Results from this experiment’s use of nano-bentonite and MgO-impregnated clay were observed for RL between 0.002 and 0.009, indicating that the adsorption was irreversible favorable. Table 7 shows the findings of MG removal on nano-bentonite and MgO-impregnated clay using the Langmuir model. The R2 in Table 7 showed strong positive proof of the adsorption of MG ion adsorbents following the Langmuir isotherm. The suitability of the linear form of the Langmuir model to nano-bentonite was confirmed through the high correlation coefficients R2 > 0.992.Conversely, the linear form of the Langmuir model to MgO-impregnated clay was slightly fit with the regression coefficients (R2) value (0.962%). This shows that the Langmuir isotherm can provide a decent sorption model. Moreover, the adsorption capacities of the nano-bentonite and MgO-impregnated clays were 13.8 and 17.2 mg/g, respectively. This result corresponds with6, who discovered that the adsorption capacity of CuFe2O4 for MG is 22 mg/g./p> 1./p>