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May 24, 2024

Préparation de nanocomposite de charbon actif dérivé de Fe3O4/samments de vigne pour une meilleure élimination du Cr(VI) des solutions aqueuses

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 3960 (2023) Citer cet article 775 Accès aux détails des métriques Dans cette étude, un nanocomposite Fe3O4/charbon actif a été synthétisé avec succès pour l'élimination des

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3960 (2023) Citer cet article

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Dans cette étude, un nanocomposite Fe3O4/charbon actif a été synthétisé avec succès pour éliminer le chrome des solutions aqueuses. Les nanoparticules de Fe3O4 ont été décorées sur du charbon actif dérivé de sarments de vigne par méthode de co-précipitation. Le spectromètre d'absorption atomique a été utilisé pour évaluer l'élimination des ions chrome par l'adsorbant préparé. L'effet de divers paramètres tels que la dose d'adsorbant, le pH, le temps de contact, la réutilisabilité, le champ électrique et la concentration initiale de chrome ont été examinés pour trouver les conditions optimales. Selon les résultats, le nanocomposite synthétisé a montré une grande capacité à éliminer le chrome à un pH optimisé de 3. Dans des conditions optimales, une efficacité d'élimination élevée de 90 % et une excellente capacité d'adsorption de 305,30 mg/g ont été obtenues. De plus, les isothermes d’adsorption et la cinétique d’adsorption ont été étudiées dans cette recherche. Les résultats ont montré que les données sont bien ajustées à l'isotherme de Freundlich et que le processus d'adsorption est spontané et suit le modèle du pseudo-second ordre.

Au cours des dernières années, en raison des dommages irréparables causés par la pollution de l’eau, de nombreux chercheurs ont commencé à éliminer la pollution à l’aide de divers nanocomposites afin de réduire la pollution de l’eau1. Les effluents industriels ou les eaux usées, qui contiennent des impuretés organiques ou inorganiques, telles que le Chrome, l'Arsenic, le Plomb, le Nickel, le Mercure, le Cadmium, etc., sont les principales sources de pollution de l'eau2. Le chrome est un métal lourd primaire largement utilisé dans les plans d'eau provenant d'autres processus industriels tels que le tannage du cuir, le plastique, les industries métallurgiques, les produits de préservation du bois et la galvanoplastie, qui sont tous des exemples de pollution industrielle3,4,5,6. Comme autres exemples, le rejet de chrome utilisé dans les systèmes de refroidissement, l'industrie de la galvanoplastie, l'industrie du tannage et les pigments de peinture dans l'environnement augmente les effluents toxiques, ce qui pose un problème majeur dans la chaîne alimentaire7. Le chrome est un métal toxique et Cr(VI) et Cr(III) en sont deux états d'oxydation stables. Comparé au Cr(III), le Cr(VI) est beaucoup plus toxique en raison de ses propriétés cancérigènes et mutagènes, plus soluble et plus mortel pour les humains, les animaux et les plantes8. Pour éliminer le Cr(VI), de nombreuses méthodes ont été évoquées, telles que l'échange d'ions, la réduction chimique, l'ultrafiltration, l'adsorption et le traitement biologique9. Selon des recherches antérieures, l’adsorption est rentable, efficace et accessible pour éliminer le chrome (VI) d’une solution aqueuse10. Les absorbants peuvent être classés en quatre groupes : les matériaux composites à base de biocharbon, les adsorbants, les polymères et le charbon actif11,12,13,14,15. En raison de leur grande stabilité et de leurs performances exceptionnelles, les matériaux carbonés poreux ont été largement utilisés dans le stockage d’énergie et l’assainissement de l’eau. Parmi les différents types de matériaux carbonés, tels que les nanofibres de carbone, les nanotubes de carbone et le graphène, les charbons actifs dérivés de la biomasse sont incroyablement utiles en raison de leurs structures environnementales et hiérarchiques de l'abondance des matières premières et de leur faible coût16. Les carbones dérivés de nombreuses biomasses telles que les pépins d’olive17, les coquilles de palmier18, la canne à sucre19, les coquilles d’arachide20, les coquilles de noix21 et les fruits de kaki22 fonctionnent de manière remarquable pour éliminer la pollution de l’eau. Les matériaux composites à base de biocharbon sont considérés comme moins coûteux, plus fonctionnels, plus efficaces et dotés d'un potentiel d'adsorption plus élevé23. Actuellement, les études sur l'élimination du Cr(VI) sur les matériaux à base de biocharbon se concentrent généralement sur l'efficacité de la séparation magnétique et de l'élimination ou sur la réutilisabilité. Lors de la synthèse d'adsorbants magnétiques, les nanoparticules de magnétite sont généralement utilisées comme matériau magnétique pour séparer les ions métalliques et les polluants organiques. Dans cette étude, Fe3O4/C a été préparé en deux étapes, dont la synthèse de nanoparticules magnétiques et leur modification à l’aide de charbon actif. Le présent travail étudie la capacité du charbon actif dérivé des sarments de vigne à éliminer les ions Cr(IV), considéré comme l'un des métaux lourds les plus toxiques produits dans les technologies industrielles, causant de l'eau des problèmes environnementaux et économiques importants. Nous nous sommes concentrés sur l’amélioration de la capacité et de l’efficacité de l’adsorption en utilisant des nanoparticules magnétiques Fe3O4 greffées avec un nanocomposite de charbon actif (Fe3O4/C) comme adsorbant pour éliminer le chrome de la solution aqueuse. De plus, nous avons discuté des comportements d'adsorption à l'aide d'expériences par lots et des mécanismes physiques et chimiques associés. En plus d'étudier les effets de divers paramètres affectant l'adsorption, l'effet du champ électrique sur l'efficacité de l'adsorption et la recyclabilité du composite Fe3O4/C a également été évalué. La méthode de préparation et les interactions synergiques pourraient constituer une stratégie généralisée pour le système nanoparticules/matériaux poreux. Les performances d'adsorption améliorées peuvent s'appliquer à la protection de l'environnement et aux ressources durables.