Cinétique d'adsorption du bleu de méthylène des eaux usées en utilisant le pH

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11900 (2023) Citer cet article

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Dans ce travail, des hydrogels d’amidon/acide poly(acide acylique) ont été synthétisés grâce à une technique de polymérisation radicalaire. Les rapports molaires de l'acide acrylique au N,N′-méthylènebisacrylamide étaient de 95:5, 94:6 et 93:7. Les échantillons présentaient une structure poreuse amorphe, indiquant que la taille des pores dépendait de la quantité d'agent de réticulation. La quantité d'acide acrylique dans la structure a augmenté avec une légère augmentation de la quantité d'agent de réticulation, ce qui a amélioré la stabilité thermique des hydrogels. Les caractéristiques de gonflement des hydrogels étaient influencées à la fois par le niveau de pH et par la quantité d’agent de réticulation. L'hydrogel avec un rapport de 94:6 présentait le degré de gonflement le plus élevé (201,90 %) à un pH de 7,4. La prédominance de l'effet Fickien dans la régulation de l'absorption d'eau dans les hydrogels synthétisés a été démontrée et la cinétique de gonflement était en accord avec le modèle de pseudo-second ordre de Schott. L’absorption du bleu de méthylène par les hydrogels développés s’est avérée influencée par divers facteurs, notamment la concentration du colorant, la quantité d’agent de réticulation, le niveau de pH et la durée de l’exposition. L'hydrogel 95:5 a présenté l'efficacité d'adsorption la plus élevée (66,7 %) pour la solution de colorant avec une concentration de 20 mg/L à pH 10,0. L'examen de la cinétique et des isothermes d'adsorption a mis en évidence que le processus de physisorption se déroule sur des surfaces adsorbantes hétérogènes et peut s'expliquer par un caractère exothermique.

Les chercheurs se sont intéressés aux hydrogels à base d’amidon en raison de leur large gamme de propriétés utiles, notamment la biocompatibilité, la biodégradabilité, les propriétés physicochimiques, la haute efficacité et le prix raisonnable1. Les hydrogels dérivés de l'amidon sont utilisés dans un large éventail d'industries, notamment l'environnement, l'agriculture, la médecine, les absorbants, etc.2. L’adsorption des colorants par ces hydrogels dans les eaux usées industrielles est l’une de leurs nombreuses utilisations potentielles qui a suscité beaucoup d’attention. Les colorants organiques sont utilisés dans de nombreuses industries, notamment celles du textile, de l’imprimerie, du plastique et des cosmétiques, mais ils sont extrêmement dangereux pour les réserves d’eau et les écosystèmes3. Les colorants organiques aromatiques, comme le bleu de méthylène (MB), sont plus toxiques et stables que les autres types de colorants organiques ; ils peuvent également provoquer des nausées, des vomissements, une nécrose des tissus et des lésions nerveuses chez l'homme4. La séparation des colorants peut être réalisée par divers processus, notamment la sédimentation5, l'échange d'ions6, la coagulation7, la filtration8 et l'adsorption9, 10. Les adsorbants sont supérieurs aux autres méthodes en présentant des avantages tels que la recyclabilité, le faible coût, l'efficacité d'absorption élevée, la flexibilité des performances, efficacité et manipulation simple11.

Malgré les différents avantages des hydrogels à base d’amidon, des faiblesses telles qu’une faible résistance mécanique et une sensibilité élevée à la dégradation ont empêché leur utilisation généralisée dans l’industrie12. L’amidon peut être modifié via des techniques physiques13, chimiques14, de mélange15 et enzymatiques16 pour résoudre les problèmes susmentionnés. L'oxydation17, l'hydrolyse18, l'estérification19 et le greffage20 font partie des méthodes de modification chimique de l'amidon. Le greffage chimique avec des monomères vinyliques tels que l'acide acrylique a gagné en intérêt en raison du contrôle précis du processus de modification, d'une plus grande capacité d'adsorption et de la création d'un produit plus stable et uniforme21. De plus, le greffage d'hydrogel avec de l'acide poly(acrylique) (PAA) améliore les propriétés telles que la résistance mécanique, la résistance thermique et la capacité à absorber l'eau, tout en élargissant son application22, 23. L'introduction de charges négatives dans l'amidon est essentielle pour l'adsorption des ions. ou des colorants chargés positivement par des hydrogels à base d'amidon. L'oxydation et la modification de l'amidon avec de l'acide poly(acrylique) sont deux méthodes utilisées à cette fin24. Bien que l'oxydation de l'amidon puisse modifier la structure de l'amidon et les propriétés de gélification, la modification de l'amidon avec de l'acide poly(acrylique) offre des avantages tels qu'un processus simplifié, une capacité d'absorption d'eau améliorée, des propriétés réglables et une stabilité améliorée. Cette méthode réduit efficacement les coûts et répond aux problèmes environnementaux potentiels associés au processus de modification25, 26. Plusieurs facteurs, tels que la température, le pH, la concentration du colorant et l'agent de réticulation, peuvent influencer l'efficacité d'adsorption des hydrogels27. L'ajout de N,N′-méthylènebisacrylamide (MBA) comme agent de réticulation à l'hydrogel d'amidon apporte de nombreux avantages, notamment la facilitation de la formation d'une structure stable, une intégrité structurelle améliorée, une capacité d'absorption d'eau améliorée et la capacité d'adapter la porosité, le comportement de gonflement, et propriétés mécaniques28. Cette polyvalence fait de l’hydrogel un choix exceptionnel pour diverses applications dans les domaines de l’agriculture, de la biomédecine et au-delà29.