Synthèse et caractérisation des nanoparticules à base de Cobalt et de Titanium : Application pour la photodégradation des polluants organiques.

Abstract

Dans cette étude, des nanomatériaux à base de CoMo et de TiO2 semi-conducteur ont été préparés et caractérisés par plusieurs techniques physico-chimiques. Leurs propriétés photocatalytiques sont évaluées dans la photodégradation du phénol et de l'herbicide acide 2,4-dichlorophénoxyacétique (2,4-D) respectivement sous irradiation UVA. Les nanomatériaux CoMo ont été synthétisés en utilisant la méthode de co-précipitation, en appliquant la conception de Taguchi. Plusieurs paramètres du processus de synthèse affectant la taille des nanoparticules de CoMo ont été sélectionnés. Différentes analyses incluant ANOVA, vérification de l'adéquation du modèle et optimisation ont été effectuées pour valider un modèle prédit. Il en résulte que les conditions optimales pour la synthèse de nanoparticules de CoMo sont les suivantes: le temps de la réaction = 90 min, rapport molaire Mo:Co= 0.25, et SDS en tant que surfactant. Selon l'analyse statistique ANOVA, le modèle obtenu est significatif. Les résultats des activités photocatalytiques ont montré que les catalyseurs CoMo ne présentaient pas une bonne activité photocatalytique à différentes valeurs de pH et n'étaient donc pas adaptés à la dégradation du phénol sous irradiation UVA. De nouveaux catalyseurs nanobelts à base de TiO2 avec différentes phases ont été synthétisés: TiO2 (B)/anatase biphasique, TiO2 (B) pur et anatase pure. Ces catalyseurs ont été obtenus par réaction hydrothermale en utilisant deux photocatalyseurs de TiO2 nanoparticules comme précurseurs: Aeroxide TiO2 P25 (P25) et TiO2 synthétisé par un procédé sol-gel (SG). De plus, la surface des photocatalyseurs a été modifiée avec de l'or (Au) en utilisant un procédé de photodéposition. Une étude de caractérisation des différents photocatalyseurs a été réalisée avec : analyse de la diffraction des rayons X (DRX), Spectroscopie de réflectance diffuse UV-Vis (DRS), la microscopie électronique à balayage (MEB), l’analyse du spectre photoélectronique des rayons X (XPS) et mesures Brunauer-Emmett et Teller (BET). La réaction photocatalytique de l'herbicide 2,4-dichlorophénoxyacétique (2,4-D) acide a été étudiée sous irradiation UVA. Une analyse de toxicité a été réalisée avec la bactérie marine bioluminescente Vibrio fischeri. Le rendement d'élimination du 2,4-D le plus élevé: 99.2% a été obtenue avec les nanobelts biphasiques Au-TiO2 (TiO2(B)/anatase), avec l'anatase comme phase prédominante. La toxicité était principalement due au l’intermédiaire 2,4- dichlorophénol (2,4-DCP) qui a été éliminé en 4 h. Il a été démontré que la structure de la phase nanobelt du TiO2 avait un effet significatif sur l’activité photocatalytique. Pour la photodégradation du 2,4-D avec Ce-HP25-550 nanobelt, il a été observé que la quantité de dopant au cérium affectait l'efficacité photocatalytique de HP25-600 nanobelt, il diminue à 82.77%. Afin d'améliorer l'efficacité photocatalytique du catalyseur Ce-HP25-550, un dopage de nanoparticules d'or (Au) sur la surface a été effectué. Les résultats ont montré que l’or (Au) avait un effet négatif sur l’activité photocatalytique (76.06%), en raison de son rôle de centre de recombinaison (e-/h+).