Dégradation photocatalytique de l'amoxicilline: Nanostructure Fe3O4

Dégradation photocatalytique
améliorée de l'amoxicilline à l'aide d'un
réacteur photocatalytique à disque
rotatif (SDPR) avec une
nouvelle nanostructure de film mince
de coquille jaune Fe 3 O 4 @void@CuO/ZnO
 Saïd Fallahizadeh ,
 Mitra Gholami ,
 Mahmood Reza Rahimi ,
 Ali Esrafili ,
 Mahdi Farzadkia &
 Majid Kermani
Rapports scientifiques volume 13 , Numéro d'article : 16185 ( 2023 ) Citer
cet article
 2809 accès
 26 citations
 Métriquedétails
Abstrait
Les antibiotiques sont des composés résistants à faible dégradation
biologique qui ne peuvent généralement pas être éliminés par les procédés
conventionnels de traitement des eaux usées. L'utilisation de nanostructures
jaune-coquille dans un réacteur photocatalytique à disque rotatif (SDPR)
améliore l'efficacité d'élimination grâce à leur rapport surface/volume élevé
et à une interaction accrue entre les particules de catalyseur et les réactifs.
L'objectif de cette étude est d'examiner le SDPR équipé d' une nanostructure en couche mince
jaune-coquille Fe3O4 @void@CuO/ZnO (FCZ YS ) en présence d'un éclairage en
lumière visible dans la dégradation photocatalytique de l'amoxicilline (AMX)
à partir de solutions aqueuses. Les méthodes de Stober, de coprécipitation
et d'autotransformation ont été utilisées pour la synthèse de la
nanostructure en couche mince FCZ YS. Les caractéristiques physiques et
chimiques du catalyseur ont été analysées par DRX, VSM, EDX, FESEM, TEM,

AFM, BET, angle de contact (CA) et DRS. Français Ensuite, l'effet de
différents paramètres, notamment le pH (3-11), la concentration initiale
d'AMX (10-50 mg/L), le débit (10-25 mL/s) et la vitesse de rotation (100-400
tr/min) à différents moments de la dégradation photocatalytique de l'AMX a
été étudié. Les résultats obtenus ont indiqué que l'efficacité de dégradation
la plus élevée de 97,6 % et une vitesse de réaction constante de l'AMX ont
été obtenues sous éclairage à lumière visible LED et dans des conditions
optimales de pH = 5, concentration initiale d'AMX de 30 mg/L, débit de
solution de 15 mL/s, vitesse de rotation de 300 tr/min et temps d'éclairage
de 80 min. La durabilité et la réutilisabilité de la nanostructure ont été
testées, qui après 5 essais présentaient un taux de dégradation approprié.
Compte tenu de l'efficacité appropriée de la dégradation de l'amoxicilline
par la nanostructure FCZ YS, l'utilisation d'un film mince
Fe3O4 @ void@CuO/ZnO dans le SDPR est suggérée dans les procédés de
traitement de l' eau et des eaux usées.
Contenu similaire consulté par d'autres
Nouvelle approche nanostructurelle pour la décomposition
d'antibiotiques dans un réacteur photocatalytique à disque rotatif
Article en libre accès08 mai 2024
Nanobulles économiques par RFB et PEF promu avec photocatalyseur
structurel à double coque jaune pour la dégradation des polluants
pharmaceutiques
Article en libre accès14 juin 2024

Nanoarchitecture tridimensionnelle Aero-TiO 2 pour la dégradation photocatalytique de la tétracycline
Article en libre accès28 décembre 2024
Introduction
Les produits pharmaceutiques, dont les antibiotiques, sont un type de
micropolluant de plus en plus présent dans l'environnement. Ces
substances peuvent pénétrer dans l'environnement par diverses sources,
telles que les eaux usées issues de la production pharmaceutique,
l'élimination inappropriée des médicaments, le ruissellement des champs
agricoles et d'autres activités humaines 1 , 2 , 3 . La présence de produits
pharmaceutiques dans l'environnement est préoccupante en raison de leur
résistance à la dégradation. Ils ont été détectés dans divers échantillons
environnementaux à travers le monde, notamment dans les effluents des
stations d'épuration, les eaux de surface, l'eau de mer, les eaux souterraines,
les sols et les sédiments. Cette persistance est étroitement liée à leur nature
biorésistante, ce qui signifie qu'ils ne sont pas facilement décomposés par
les processus naturels. Parmi les composés pharmaceutiques, les
antibiotiques ont fait l'objet d'une attention particulière en raison de leur
rôle potentiel dans le développement de bactéries résistantes aux
antibiotiques 4 . Les antibiotiques sont largement utilisés en médecine
humaine et vétérinaire, ainsi qu'en aquaculture, pour prévenir ou traiter les
infections microbiennes 5 , 6 . De nombreux antibiotiques se sont révélés
récalcitrants, ce qui signifie qu'ils résistent à la dégradation, dans les
conditions aérobies généralement rencontrées dans les stations d'épuration
conventionnelles. Français Par conséquent, ces antibiotiques peuvent
s'échapper en grande partie intacts dans l'environnement. Pour résoudre le
problème de la pollution par les antibiotiques, des méthodes non
biologiques ont été employées pour leur traitement 7 , 8 . Ces méthodes
comprennent des processus d'oxydation avancés, la séparation
membranaire, l'adsorption, la coagulation et diverses combinaisons de
ceux-ci 9 . Les chercheurs ont mené de nombreuses études dans ce
domaine, et des revues complètes ont résumé les résultats les plus
représentatifs. L'amoxicilline (AMX) est un antibiotique β-lactamine semi-

synthétique couramment utilisé en médecine humaine pour traiter diverses
maladies. Il est également utilisé en pratique vétérinaire comme promoteur
de croissance. L'AMX est excrété de l'organisme avec un métabolisme
minimal, il est donc susceptible d'être trouvé dans des échantillons
environnementaux plutôt que sous forme de métabolites. Il a été détecté à
des concentrations de l'ordre du µg/L dans des échantillons
environnementaux, y compris des effluents traités secondairement et des
eaux de surface. Dans certains cas, la concentration d'AMX dans les
effluents de fabrication d'antibiotiques peut atteindre le niveau mg/L 10 .
Globalement, la présence de produits pharmaceutiques, notamment
d'antibiotiques, dans l'environnement constitue une préoccupation majeure
en raison de leurs impacts potentiels sur l'environnement et la santé
humaine. Des efforts sont déployés pour développer et mettre en œuvre
des méthodes de traitement efficaces afin de minimiser leur rejet dans
l'environnement et d'atténuer le développement de la résistance aux
antibiotiques 11 , 12 .
Tous les procédés d'oxydation avancés reposent sur la production de
radicaux libres à fort pouvoir oxydant, tels que les radicaux hydroxyles et les
radicaux superoxydes 13 , 14. Les procédés d'oxydation avancés comprennent
les procédés photocatalytiques, le procédé Fenton, le procédé photofenton
et le procédé d'ozonation. L'utilisation de méthodes et techniques
conventionnelles, telles que l'adsorption ou la coagulation, transporte les
polluants vers une autre phase et les dégrade ou les élimine
rarement 15. D'autres méthodes conventionnelles, telles que la
sédimentation, la filtration et les membranes, ont des coûts d'exploitation
élevés ou produisent un sous-produit dangereux 16. Cela a conduit au
développement rapide des procédés d'oxydation avancés. Grâce aux
procédés AOP, au lieu de séparer ou de transférer les polluants vers une
autre phase, ils les dégradent directement et les convertissent en
substances inoffensives telles que le dioxyde de carbone (CO2 ) et l'eau
(H2O ) . Par conséquent, ce procédé est très important d'un point de vue
environnemental 17 .
Les réacteurs de photocatalyse conventionnels, fonctionnant avec des
catalyseurs en poudre dans des systèmes discontinus, souffrent d'une
cinétique de réaction lente et sont coûteux et difficiles à industrialiser,
principalement en raison des exigences en matière d'équipements de

séparation pour le catalyseur en poudre 18 . Dans les procédés
photocatalytiques, les catalyseurs en couches minces déposés sont devenus
très prisés pour traiter la phase de post-ségrégation nécessaire aux
poudres. Cependant, cela entraîne des limitations de transfert de masse
dues à la diminution des gradients de concentration et de la surface
spécifique du catalyseur dans la solution liquide 19 , 20 . Par conséquent, le
réacteur à disque rotatif a été adopté comme technologie d'intensification
du procédé pour la dégradation photocatalytique des polluants dans les
plans d'eau afin de surmonter ces problèmes 21 . Dans la SDR, les limitations
susmentionnées peuvent être surmontées en appliquant le catalyseur sur un
substrat avec une adhérence stricte, sans réduire l'activité du catalyseur ni la
surface spécifique 22 , 23 . Une distribution lumineuse optimale au sein du
réacteur et un transfert de masse adéquat entre les polluants et les
catalyseurs sont les principaux critères de conception de ce type de réacteur
photocatalytique 24 . Ces réacteurs photocatalytiques peuvent être mis en
place sous deux formes : le système en suspension où le catalyseur est
suspendu dans la solution liquide, et le système à catalyseur immobilisé qui
comprend le dépôt du catalyseur sur un substrat approprié 25. Le système en
suspension nécessite une séparation et une récupération du catalyseur à la fin de la réaction
photocatalytique, ce qui peut augmenter les coûts d'exploitation et réduire le taux de transfert de
masse et l'efficacité du système 26 , 27. Pour éliminer ces limitations, les réacteurs
photocatalytiques déposés ont été étendus en appliquant le catalyseur sur
différents substrats tels que le verre, le Téflon, la céramique, la zéolite,
l'alumine et l'acier inoxydable 22. Un substrat approprié doit présenter des
sites de liaison et une surface favorables, une adhérence adéquate au
catalyseur, une excellente activité photocatalytique, une durabilité
thermique et mécanique supérieure, une résistance à la corrosion et des
caractéristiques d'autonettoyage 27 , 28 .
L'innovation hétérogène photocatalytique, qui appartient aux procédés
d'oxydation avancés, s'est révélée être une approche très prometteuse pour
l'élimination des polluants organiques dans les eaux usées. Elle offre
plusieurs avantages tels que le faible coût, la non-toxicité, la faible
consommation d'énergie, la sécurité, la réutilisabilité et la capacité à
dégrader complètement les composés organiques 29 . Parmi les oxydes
semi-conducteurs, le ZnO est un photocatalyseur largement utilisé en raison
de sa facilité d'accès et de son prix abordable 30 . De nombreuses études
ont examiné les activités photocatalytiques du ZnO sous diverses formes,
notamment en poudre et en couches minces, contre différents