Une étude systématique de l'adsorption et de l'élimination de l'arsenic des environnements aqueux à l'aide d'un nouvel UiO fonctionnalisé à l'oxyde de graphène

Jul 29, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 15802 (2022) Citer cet article

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Cette étude examine l’élimination de l’As (V) des milieux aqueux à l’aide d’UiO-66-NDC/GO stable à l’eau préparé via la procédure solvothermique. Le matériau synthétisé a été analysé par spectroscopie Raman, UV-visible, diffraction des rayons X sur poudre (DRX), microscopie électronique à transmission (TEM), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (ATR-FTIR), microscopie électronique à balayage (MEB) et Brunauer-Emmett. –Teller (BET) soutient son applicabilité en tant que super-adsorbant pour l’adsorption des ions As(V) à partir de solutions aqueuses. L'effet de divers paramètres, notamment la concentration initiale en ions, la température, la dose d'adsorbant et le pH, sur l'adsorption de As(V) a été étudié afin de reconnaître les conditions d'adsorption optimales. Le qmax obtenu pour cette étude utilisant les isothermes de Langmuir a été trouvé à 147,06 mg/g à température ambiante. Les paramètres thermodynamiques ΔH°, ΔG° et ΔS° ont également été calculés et les valeurs négatives de ΔG° représentent que le processus d'adsorption d'As(V) s'est produit de manière exothermique et spontanée. Parallèlement, les résultats théoriques de la simulation fonctionnelle de densité sont pris en compte pour étayer ces résultats expérimentaux. On observe que la nature dynamique de l'oxyde de graphène et du système nanocomposite UiO-66 NDC devient supérieure pour les études d'adsorption en raison des états de surface délocalisés. L'UiO-66-NDC/GO a également montré une grande réutilisabilité pour jusqu'à quatre performances de régénération en utilisant 0,01 M de HCl comme régénérant.

La pollution des eaux souterraines constitue actuellement un problème environnemental majeur dans le monde entier et est fréquemment causée par la présence de différents contaminants des eaux usées1,2. L'arsenic (As) est l'un des 20 produits chimiques les plus dangereux au monde et on le trouve sous diverses formes inorganiques et organiques. La combustion de combustibles fossiles, l'exploitation minière et les insecticides sont autant d'exemples de sources anthropiques et naturelles de pollution par l'As3. L'Organisation mondiale de la santé (OMS) et l'Environmental Protection Agency des États-Unis (EPA) ont toutes deux recommandé un seuil de 10 ppb pour l'eau potable4. L'arsenic sous forme inorganique (arséniate et arsénite) est plus toxique que l'arsenic sous forme organique et se trouve naturellement dans les eaux souterraines et le sol5. L'arsenic sous ses formes inorganiques affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde et son exposition à long terme provoque des maladies graves, des dysfonctionnements du système nerveux, des cancers de la peau, des poumons, une insuffisance rénale, des maladies du foie, des cancers de la vessie, des maladies cardiovasculaires et périphériques6. L'empoisonnement à grande échelle des eaux souterraines par l'As au Bangladesh dans les années 1990 a été le plus grand cas d'empoisonnement au monde7. La santé de près de 100 millions d’Indiens est menacée par la contamination des eaux souterraines par l’As8. En conséquence, la contamination par l’arsenic constitue un problème grave qui nécessite le développement de technologies de nettoyage efficaces.

Diverses techniques de traitement ont été documentées pour l'élimination de l'arsenic de l'eau, notamment l'adsorption, la biorestauration, la coagulation-floculation, l'échange d'ions, l'électrochimie, la sédimentation, la précipitation, la filtration sur membrane, l'osmose inverse, la filtration normale et l'adoucissement à la chaux9. Parmi les méthodes mentionnées ci-dessus, le processus d'adsorption a été signalé comme étant celui qui concerne le plus l'éradication de l'arsenic en raison de sa flexibilité dans la conception du processus, de sa rentabilité et de sa simplicité opérationnelle. À ce jour, différents adsorbants ont été développés par les chercheurs, notamment le charbon actif, l'oxyde de titane, l'alumine activée, l'oxyde de zirconium, l'oxyde de fer, les résines chargées en Fe(III), l'oxyde de fer, les oxydes métalliques, les biomasses agricoles, la goethite, le fer zérovalent, l'alumine mésoporeuse. , différents nanocomposites à base de métaux pour l'élimination de l'As des corps aquatiques contaminés10,11,12. Tous ces matériaux sont efficaces et leur application à grande échelle est limitée en raison de leur coût d’exploitation élevé, de leur faible potentiel d’adsorption et de leur durée de consommation prolongée. Par conséquent, il existe une demande continue pour synthétiser de nouveaux adsorbants efficaces dotés d’une capacité d’adsorption améliorée pour la décontamination de l’arsenic de l’eau.