Photocatalysis of methylene blue dye using zinc oxide and zinc oxide/activated carbon composite: comparative studies.

Abstract

Dans ce travail, trois matériaux ont été synthétisés : le charbon actif (CA) par activation chimique des coques d’arachides (Arachis Hypogaea) avec l’acide phosphorique, le ZnO par précipitation du Zn (NO3)2x6H2O et le composite binaire ZnO/charbon actif (ZnO/CA). L’objectif étant d’améliorer l’efficacité photocatalytique du ZnO pour une meilleure dégradation sous irradiation UV du bleu de méthylène (BM) en solution aqueuse. Les matériaux (CA, ZnO, ZnO/CA) obtenus ont été caractérisés par la mésure de l’indice diiode (ID) et de bleu de méthylène (IBM), la méthode Boehm (groupements fonctionnels), le pH du point de charge nulle (pHPCN), la spectroscopie infra-rouge a transformé de Fourier (IRTF) et l’analyse de diffraction des rayons-x (DRX) ont été faites pour CA, ZnO et ZnO/CA. Les résultats des caractérisations ont révélé que les matériaux synthétisés sont majoritairement microporeux avec la présence de plusieurs groupes fonctionnels oxygénés à la surface de ces matériaux. Les paramètres influençant l’adsorption du bleu de méthylène sur le CA tels que le temps de contact, la masse d’adsorbant, le pH, la concentration initiale ont été étudiés. Le pH optimal obtenu est de 12 avec une quantité adsorbée de 97,62 mg/g à un temps d’équilibre de10 min, une concentration de 100 mg/L et une masse de 0,01 g. Le modèle d’isotherme de Sips décrit mieux la rétention du BM sur le CA. De même une bonne adéquation des données expérimentales a été trouvée avec le modèle cinétique d’Elovich, indiquant que la chimisorption est l’étape limitante dans le mécanisme d’adsorption du BM sur CA. L’étude de la dégradation photocatalytique du BM sous irradiation UV a montré une excellente capacité de dégradation du composite ZnO/1%CA avec un pourcentage de 89,72 %, par rapport au ZnO pur de 67,91 % après 180 min d’irradiation. Les résultats montrent que le composite binaire ZnO/1%CA est efficient pour la dégradation photocatalytique du BM en solution aqueuse.