Elaboration de photocatalyseurs à base de ZnO et ZnO supportés sur (HAP) hydroxyapatite

Abstract

Ce travail a été effectué dans le domaine de la dépollution des eaux par des procédés d’oxydation avancée, en particulier la photocatalyse en milieu homogène (réactions de complexation) et hétérogène (photocatalyse à base de ZnO et ZnO modifié). La première partie de cette étude, ZnO dopé au cobalt synthétisé par la méthode de autocombustion de solution (SCM), a permis la photodégradation de Remazol BB (colorant utilisé en textile), sous l’irradiation UV et visible dans un photoréacteur construit au sein de notre laboratoire. L'effet de différents paramètres expérimentaux, tels que la concentration initiale du colorant, la masse du photocatalyseur, le pH ou la concentration de peroxyde d'hydrogène sur la décoloration du RBB sous irradiation UV a été étudié. Le ZnO dopé au Cobalt a considérablement amélioré la conversion du RBB sous la lumière visible. Afin d'étudier le rôle d’un métal sur l’activité photocatalytique de ZnO, le fer (III) a été imprégné à la surface d'un ZnO synthétisé, en utilisant deux pourcentages molaires nominaux de Fe (III) : 1% et 5% Fe par rapport à ZnO. Les catalyseurs sont séchés et calcinés à 200 °C et 400 °C pendant 2 h. Les activités photocatalytiques des catalyseurs ont été évaluées sur la base de la dégradation de la rhodamine B (RhB) et de la caféine (CAF) en solution aqueuse dans deux conditions d’irradiation : l’irradiation UV et la lumière visible. Avant les tests photocatalytiques, l'interaction des substrats contenant du Fe (III) ou du Fe (II) a été étudié en milieu homogène oxygéné sous irradiation UV. Il a été noté que Fe (III) peut jouer un rôle important dans la photodégradation de la rhodamine B et de la caféine, tandis que Fe (II) n’a pas eu un effet significatif. Les catalyseurs FeZnO présentent des performances similaires ou inférieures à celles du ZnO pur en présence de la lumière UV pour les deux substrats étudiés. Le phénomène peut être attribué à la formation de goethite ou de ZnFe2O4 à la surface de ZnO où le couple Fe3+/Fe2+ peut agir comme centres de recombinaison pour les charges générées par photocatalyse. Dans la dernière partie de notre étude, nous avons étudié l'immobilisation d'oxyde de zinc sur une surface d'hydroxyapatite préparée par la méthode d'imprégnation humide. Le matériau ZnOHAP a été appliqué pour la photodégradation de la molécule transparente (caféine) et de la molécule colorante (rhodamine B). À un pourcentage d'imprégnation élevé de ZnO, la performance de photodégradation du ZnO-HAP sous un éclairage UV a été rapide et supérieure à celle du photocatalyseur ZnO seul. Les résultats ont montré qu'en raison de la présence de HAP, les phénomènes d'adsorption et de photocatalyse sont plus favorisés ce qui a augmenté l’efficacité d’élimination des deux molécules.