Carbones nanoporeux à base de polymères organiques coordonnés comme solution efficace et écologique

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13127 (2023) Citer cet article

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La majeure partie des polluants de l'eau comprend des polluants organiques tels que les polluants phénoliques, il existe donc tous les polluants dangereux pour l'environnement. Le présent travail est une comparaison de la chimie de surface et des caractéristiques d'adsorption du polymère organique coordonné (Cop-150) et du carbone nanoporeux (NPC) préparés à l'aide de la méthode solvothermique. Un nouveau NPC a été synthétisé avec succès pour éliminer le phénol. Les techniques FT-IR, XRD, XPS, SEM, TGA et BET ont été utilisées pour caractériser et confirmer la variation physicochimique lors de la préparation du Cop-150 et du NPC. La méthodologie de surface de réponse Box – Behnken (BBRSM) a été utilisée pour optimiser quatre facteurs importants : le pH (2 à 10), le temps de contact (1 à 40 min), la température (25 à 60 °C) et la concentration initiale de phénol (5 –50 mg·L−1). Pour analyser les données obtenues à partir de l'adsorption du phénol par des adsorbants synthétisés, quatre modèles linéaires, 2FI, quadratiques et cubiques ont été examinés, dont le modèle quadratique a été reconnu comme le meilleur modèle. Pour le NPC, la capacité d'adsorption égale de 500 mg g−1 est obtenue à la concentration initiale de phénol = 49,252 mg L−1, temps de contact = 15,738 min, température = 28,3 °C et pH 7,042. En revanche, la capacité d'adsorption du Cop-150 à pH 4,638, le temps de contact = 19,695 min, la température = 56,8 °C et la concentration initiale de phénol = 6,902 mg L−1 était égale à 50 mg g−1. . Les données expérimentales dans différentes conditions ont été étudiées par certains modèles cinétiques et isothermes célèbres, parmi lesquels correspondaient le modèle cinétique du pseudo-second ordre et l'isotherme de Langmuir. De plus, en fonction des résultats de la thermodynamique du Cop-150 et du NPC, le processus d'adsorption est exothermique et spontané. Selon les résultats, le Cop-150 et le NPC pourraient être utilisés respectivement pendant quatre et cinq cycles sans réduire significativement leurs performances.

La pollution de l'eau se produit avec l'entrée de produits chimiques industriels dans l'eau, ce qui est associé à des changements dans la qualité de l'eau. Ces composés sont très nocifs pour l’environnement et la vie humaine, et ont des effets négatifs sur les écosystèmes. Le phénol (voir tableau 1) est un composé industriel largement utilisé dans les industries du plastique et des résines, du papier, des raffineries de charbon et de la pétrochimie. Ce composé et ses dérivés sont très toxiques et provoquent des maladies, comme des intoxications1. La présence croissante de phénol dans les eaux usées est devenue une préoccupation pressante en raison de ses effets nocifs sur la santé humaine et sur l'environnement2. Le phénol a un effet négatif sur les organismes, même en très petites quantités. Selon l'Organisation mondiale de la santé, la plage de concentrations des composés phénoliques dans l'eau potable est d'environ 1 µg L−1 et doivent donc être éliminés du flux d'eau. Pour résoudre ce problème, diverses stratégies telles que la distillation, l'échange d'ions3, la filtration sur membrane, la réduction biochimique, l'oxydation/réduction chimique et l'adsorption ont été étudiées pour le traitement des eaux usées4,5,6,7. Parmi ces techniques, le processus d'adsorption est le plus utilisé dans le traitement des eaux usées en raison de sa grande efficacité économique, de sa capacité impressionnante et de ses excellentes performances8,9,10,11. Ces dernières années, des types d'adsorbants tels que les oxydes métalliques12,13, les nanoparticules magnétiques6,14,15,16, les polymères17 et les matériaux à base de graphène18 ont été étudiés pour le traitement des eaux usées. Mais la préparation de ces matériaux est coûteuse et ils ont une très faible surface19, ce qui réduit l’efficacité du processus d’adsorption20,21. Pour lutter contre ce problème, les chercheurs ont exploré divers adsorbants pour éliminer efficacement le phénol des eaux usées. Une solution prometteuse réside dans l’utilisation de NPC basés sur des polymères organiques coordonnés, qui ont montré un grand potentiel en tant que nano-sorbants efficaces et respectueux de l’environnement22. Les PNJ sont très prometteurs en raison de leur structure unique, de leur porosité élevée et de leur surface adaptée pour être utilisés dans différents travaux de recherche, notamment les systèmes d'administration de médicaments, les supercondensateurs, le stockage de gaz et l'adsorption de polluants22.