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Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 10618 (2023) Citer cet article

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Dans cette étude, un nouveau nanocomposite Fe3O4/chitosane-polyacrylamide lié au 2-hydroxy-1-naphtaldéhyde (Fe3O4@CS@Am@Nph) a été préparé. Le nanocomposite synthétisé a été caractérisé par (FT-IR), diffraction des rayons X (DRX), microscopie électronique à balayage (MEB), magnétométrie à échantillon vibrant (VSM) et analyse thermogravimétrique (TGA). Le nanocomposite Fe3O4@CS@Am@Nph modifié au 2-hydroxy-1-naphtaldéhyde a été utilisé comme adsorbant efficace pour éliminer le noir d'everzol des solutions aqueuses par une procédure d'adsorption discontinue. Les effets de paramètres importants sur le processus d'absorption de surface du colorant noir everzol, notamment le pH, le temps de contact, le dosage d'adsorbant et la concentration initiale du colorant, ont été étudiés. Les modèles d'adsorption de Langmuir, Freundlich et Temkin ont été utilisés pour décrire les isothermes et les constantes d'adsorption. Les résultats d'équilibre ont révélé que le comportement d'adsorption du colorant noir everzol sur le nanocomposite Fe3O4@CS@Am@Nph correspondait bien au modèle de Langmuir. Sur la base de l'analyse de Langmuir, la capacité d'adsorption maximale (qm) du Fe3O4@CS@Am@Nph pour le noir d'everzol s'est avérée être de 63,69 mg/g. Les études cinétiques ont indiqué que l'adsorption était dans tous les cas un processus de pseudo-second ordre. De plus, les études thermodynamiques ont montré que l’adsorption était un processus spontané et endothermique.

L’utilisation excessive de substances colorantes par les industries pendant des décennies a entraîné le déclin des masses d’eau dans le monde1,2. Par exemple, les industries liées à la teinture, à la plastification et à la fabrication du papier utilisent beaucoup d'eau et de produits chimiques pour colorer les produits et, par conséquent, produisent une grande quantité d'eaux usées colorées qui, si elles ne sont pas traitées avant de pénétrer dans l'environnement et les eaux, provoqueront beaucoup de problèmes. Ces problèmes incluent la perturbation de la photosynthèse des eaux et des écosystèmes3. De plus, leur structure moléculaire complexe et leurs anneaux aromatiques sont toxiques et cancérigènes, ce qui peut affecter la santé humaine, les micro-organismes aquatiques et l'environnement4,5. Les membranes de nanofiltration6, l’échange d’ions7, l’oxydation électrochimique8, la dégradation photocatalytique9 et l’adsorption sont des méthodes utilisées pour éliminer les couleurs et les polluants des eaux usées. Cependant, la plupart des méthodes mentionnées ci-dessus sont inefficaces en raison de facteurs tels que les coûts opérationnels, les déchets secondaires, les effets environnementaux et les problèmes associés, l'efficacité et les applications10. Parmi ces méthodes, l’adsorption est supérieure aux autres méthodes en raison de son faible coût initial, de sa conception simple, de sa flexibilité appropriée et de son rendement élevé11. Dans ce domaine, de nombreux absorbants dont le charbon actif, les nanoargiles, la biomasse végétale et les absorbants naturels ont été utilisés et examinés12. Parmi ces absorbants, le charbon actif est l’absorbant le plus adapté pour éliminer toutes sortes de polluants. Cependant, le prix élevé, le manque de recyclage et de réutilisation ont limité l'application de cet absorbant13.

Récemment, les nanoparticules magnétiques ont attiré beaucoup d'attention car elles possèdent de grandes propriétés magnétiques telles qu'une grande surface, une faible toxicité, une stabilité chimique, une bonne biocompatibilité et une bonne biodégradation14,15. Il peut également être séparé des solutions aqueuses facilement et rapidement en utilisant un champ magnétique externe sans nécessiter de filtration ou de centrifugation fastidieuse16. Un changement chimique ou physique de la surface des nanoparticules de Fe3O4 avec certains tensioactifs ou polymères est nécessaire pour améliorer les performances d'adsorption des nanoparticules de Fe3O417. Les polysaccharides tels que le chitosane et ses dérivés sont plus intéressants, car l'utilisation d'adsorbants à base de chitosane est l'un des meilleurs moyens de éliminent les couleurs et les ions des métaux lourds même à de faibles concentrations18. Le chitosane contient principalement du poly2-désoxy-d-glucose qui est un dérivé de biopolymère et possède des propriétés polymères bien connues. Il a attiré l'attention des scientifiques en raison de sa biocompatibilité, de sa biodégradabilité et de ses propriétés non toxiques19,20,21,22. Parce que le chitosane contient de grandes quantités de groupes amine et hydroxyle, il possède une très grande capacité d’absorption pour éliminer de nombreux types de métaux tels que le cuivre, le chrome, l’argent et le platine. Cependant, afin d’améliorer les propriétés d’absorption des adsorbants, une grande attention a été portée à la conception et à la synthèse de nouveaux adsorbants. Par exemple, le complexe magnétique de chitosane recouvert de Fe2O3 en surface a été utilisé pour éliminer le rouge d'alizarine des environnements aquatiques23. Wang et coll. utilisé des nanoparticules magnétiques de polydopamine-chitosane comme matériau d'adsorption pour l'élimination du bleu de méthylène et du vert de malachite des solutions aqueuses24. Zhu et coll. synthétisé les nanotubes de carbone à parois multiples graphités magnétiques modifiés par le chitosane pour l'élimination efficace du rouge Congo d'une solution aqueuse25. Armagan et coll. a réalisé une étude approfondie sur l'élimination du noir d'everzol par Zeolite26.