Nanotechnology and Photocatalysis for the Treatment of Organic Pollutants in Wastewater

Abstract

La pollution des eaux usées par différents types de contaminants est devenue l'un des défis les plus pressants qui menacent notre société moderne. Parmi les divers contaminants anthropogéniques, les polluants organiques posent un grave problème. L'objectif de cette recherche est de développer un matériau multifonctionnel à base d'argent (Ag) capable d'éliminer efficacement une variété de polluants organiques des eaux usées. Dans la première partie de cette thèse, nous avons préparé des nanoparticules (NPs) d'argent autoportées sur la surface de matériaux de type NASICON AgM2(PO4)3. La croissance réussie des NPs d'Ag sur la matrice NASICON a été confirmée par différentes techniques. La nature cristalline, la pureté, la dispersion, et la morphologie des nano-composites Ag ont été révélées par les analyses XRD, EDX et SEM. Les applications étudiées des nanoparticules d'Ag autoportées comprennent la réduction des polluants bleu de méthylène, orange de méthyle et 4-nitrophénol. Les résultats ont montré que les nanoparticules d'Ag peuvent catalyser efficacement la conversion des colorants organiques et du nitrophénol. Des études cinétiques détaillées ont également été menées et les mécanismes de réaction possibles ont été proposés. En outre, nous avons démontré que les catalyseurs ont une stabilité à long terme et peuvent être recyclés pour des cycles multiples. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons étudié la performance photo-catalytique des matériaux AgM2(PO4)3 pour la décomposition de colorants organiques sous lumière visible. Les propriétés optiques et électroniques des photo-catalyseurs à base d'Ag ont été examinées en combinant des études expérimentales et de théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Les bandes interdites optiques ont été déterminées à l'aide de la DRS UV-Vis. Nous avons utilisé la méthode DFT+U pour étudier la structure des bandes électroniques. Ensuite, nous avons auto-porté des NPs Ag2O sur AgM2(PO4)3. La synthèse réussie du nano-composite Ag a été vérifiée par les techniques XRD, EDX et SEM. L'activité photo-catalytique sous la lumière visible a ensuite été étudiée pour la décomposition des colorants organiques. Il a été observé que tous les photo-catalyseurs Ag synthétisés pouvaient dégrader efficacement les colorants aqueux sous lumière visible. Enfin, la stabilité et la recyclabilité des photo-catalyseurs ont été étudiées et les mécanismes photo-catalytiques possibles ont été proposés.